RU200197U1 - Плазменный вихревой двигатель на топливном элементе - Google Patents

Abstract

Плазменный вихревой двигатель на топливном элементе (ПВДнТЭ) предназначен обеспечивать полет аэрокосмических объектов необходимой тягой и электроэнергией. Для этого электрохимический источник (топливный элемент ТЭ) с соосными цилиндрическими электродами (анодом и катодом) через свои камеры для реагентов (топливо и окислитель) укрепляется на внутренней поверхности цилиндрического магнитного зазора и подключается к катушке индуктивности, расположенной в этом зазоре. Между анодом и катодом этого ТЭ располагается кольцевой магнитный наконечник. Противоположный торец цилиндрического анода ТЭ соединяется с кольцевым катодом параболического плазмотрона, подключенного к одному из высоковольтных выводов постоянного тока преобразователя напряжения, питаемого ТЭ. Другой же высоковольтный вывод этого преобразователя подключается к противоположному кольцевому аноду этого плазмотрона. Реагенты в полости электродов ТЭ и N-го количества свечей-форсунок плазматрона подаются по трубопроводам через электровентили из емкостей для их хранения. Импульс переменного электрического тока от преобразователя напряжения подается на свечи и воспламеняет топливно-окислительную смесь, созданную форсунками с добавленным ионизированным продуктом реакции от ТЭ. Эта ускоренная электрохимическая реакция обеспечивается интенсивным вращением электролита по поверхностям электродов ТЭ, осуществляемым силой Лоренца, образованной от взаимодействия междуэлектродного электрического тока в электролите с пересекающим его, через магнитный наконечник, магнитным полем индуктора. Циркуляция же с обновлением и термостатированием этого электролита происходит от радиальной разницы расположения входного и выходного штуцеров, подсоединенных трубопроводами с электровентилями к емкости с электролитом. Та же сила Лоренца в параболической части магнитного зазора вращает плазму, создавая ВП. В атмосфере с достаточным количеством кислорода предусматривается подача воздуха через канал в магнитопроводе и в окислительный трубопровод электротурбиной.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению для нужд авиакосмонавтики.

В известном плазменном реактивном двигателе для дисколета (патент на пм №195043, рег. 14.01.2020) тягу образуют вращающиеся спиральные плазменные вихри. Для образования этих вихрей необходимо на плазму, проходящую по тороидальным соплам-плазмотронам, воздействовать силой Лоренца образующейся от взаимодействия электрического тока радиально проходящего в этой плазме с пересекающим его магнитным полем индуктора. Работоспособность этого двигателя обеспечивает дополнительный электроисточник, создающий высокое постоянное напряжение на электродах плазмотрона и переменное высоковольтное напряжение на активаторе плазмаобразования.

В качестве мощного бортового электроисточника в аэрокосмонавтике используются электрохимические генераторы электроэнергии т.н. топливные элементы ТЭ (например пат. №2290725). В этом ТЭ, с целью ускорения электрохимической реакции, осуществляется прокачка электролита между его электродам, при которой происходит обновление и термостатирование этого электролита. Необходимые части ТЭ (электроды: анод, катод и электролит) составляют процентов двадцать от масса-габарита этого электроисточника, а остальные проценты относятся к вспомогательным средствам, обеспечивающим его функционирование (массивный корпус, насосы, вентиляторы, средства утилизации продуктов реакции, крепеж и прочее).

В предложенном плазменном вихревом двигателе (ПВДнТЭ) образующая вихре поток (ВП) сила Лоренца используется, так же, для прокачки электролита в ТЭ располагаемом в нем, его питающем и использование продуктов электрохимической реакции этого ТЭ для усиления плазма вихря созданного этим ПВДнТЭ.

Рис. 1 отображает осевой разрез этого ПВДнТЭ, состоящего из магнитопровода 1, в котором цилиндрический магнитный зазор 2 переходит в параболический 3. В цилиндрической части 2 размещена индукционная катушка 4, подключенная к укрепленным на внешней стороне этого зазора, через полости для реагентов, цилиндрическим электродам ТЭ (5 катод и 6 анод через массу магнитопровода 1). Эти электроды 5, 6 разделены кольцевым полюсным наконечником 7, а в их полости по трубопроводам подаются реагенты: из емкости 8 топливо на анод 6, а и из емкости 9 окислитель на катод 5. Поступление электролита из емкости 10 на противоположные стороны этих электродов осуществляется по трубопроводам через электровентили 11 и штуцеры 12, 13. Причем штуцер12 входит в зазор 2 на радиально меньшем расстоянии чем штуцер 13. К электродам ТЭ, также, подключен преобразователь напряжения 14, высоковольтные выводы постоянного тока которого подключены к аноду 6 ТЭ (он же кольцевой катод 17 плазмотрона) и к, укрепленному на торце параболической части 3 зазора 2 кольцевому аноду 15 этого плазмотрона. Высоковольтные выводы переменного тока преобразователя 14 подключены к свечам зажигания совмещенными с форсунками 16, N-oe количество которых расположено в отверстиях перехода цилиндрической части зазора 2 в параболическую 3. Питание реагентами этих свечей-форсунок 16 осуществляется посредствам кольцевых трубчатых коллекторов 19 подключенных через электровентили к своим емкостям для реагентов 8,9. К внутренней стенке магнитопровода 1 прикреплена электротурбина 18, соединенная своим воздушным выходом с каналом в этом магнитопроводе 1 и с трубопроводом окислительной емкости 9. Для пуска ПВДнТЭ необходимо из емкости 10, через электровентели 11 и патрубки 12, 13 подать электролит на электроды 5, 6 ТЭ. Одновременно на обратную сторону эти же электродов, соответственно их предназначению, подается из своих емкостей топливо 8 и окислитель 9. При этом начавшаяся электрохимическая реакция создает электрический ток, идущий через подключенную к электродам 5,6 ТЭ катушку индуктивности 4. Частично магнитное поле этой катушки 4, распространяясь по магнитопроводу 1 через полюсный наконечник 7, пересекает электрическое поле в электролите между этими электродами ТЭ. Возникает сила Лоренца, побуждающая электролит к круговому движению, при котором центробежная сила, оказываемая на этот электролит при таком вращении, прижимает его к внутренней поверхности электродов 5, 6. Причем за счет того, что патрубки 12, 13 расположены на разных диаметрах цилиндрической части 2 магнитопровода 1 центробежная сила, оказываемая на электролит в местах их расположения разная и, поэтому происходит его циркуляция через емкость 10, обеспечивающая обновление и термостатирование этого электролита, что приводит к ускорению электрохимической реакции и, следовательно, к повышению удельной мощности ТЭ. Стабильность толщины слоя электролита над поверхностью электродов 6, 7 определяется местом расположения входного 12 и выходного 13 патрубков и внутренним диаметром кольцевого электрода 17. Газообразный продукт реакции от этого электрохимического взаимодействия под действием создавшегося давления из цилиндрической части 2 магнитопровода 1 попадает в параболическую 3 с кольцевым высоковольтным электродом 15 на торце. Одновременно через форсунки 16 топливно-окислительная смесь подается, смешиваясь с ионизированным продуктом реакции, в эту же параболическую часть 3 и поджигается свечами 16. Под действием высокого напряжения между катодом (он же анод 6 ТЭ) в параболической части 3 магнитопровода 1 и анодом 15 плазмотрона возникает плазма. От взаимодействия имеющих: осевое направление электрического поля в плазме и радиально направленного магнитного поля в этой параболической части 3, возникает сила Лоренца, побуждающая плазму к вращению (вихреобразование). При использовании ПВДнТЭ в атмосфере можно использовать в качестве окислителя кислород воздуха. Для этого необходимо выключателем 20 включить электротурбину 18.

Claims (1)

1. Плазменный вихревой двигатель на топливном элементе, содержащий тороидальный магнитопровод с индукционной катушкой между его полюсами, подключенной совместно с преобразователем напряжения к кольцевым электродам плазмотрона, с подачей сквозь магнитопровод рабочего тела в полости этих электродов, и подключение активатора электрохимической реакции к электроисточнику, характеризующийся тем, что емкости с топливом и окислителем подключены трубопроводами через электровентили к полостям цилиндрических электродов топливного элемента, разделенных кольцевым полюсным наконечником и укрепленных на внешней стенке магнитного зазора цилиндрической формы, переходящего в зазор параболической формы с закрепленным на его торце кольцевым анодом плазмотрона, подключенным к высоковольтному выводу постоянного тока преобразователя напряжения, подключенного к электродам топливного элемента, которые, в свою очередь, подключены к индукционной катушке, а высоковольтный вывод переменного электрического тока этого преобразователя подключен к N-ому числу свечей зажигания, размещенных совместно с запитанными от своих емкостей топливно-окислительными форсунками в отверстиях внутри параболической части магнитопровода, циркуляция же электролита из своей емкости посредствам трубопроводов через электровентили по внутренним поверхностям электродов топливного элемента обеспечена радиальной разницей расстояний между расположением входного и выходного штуцеров в зазоре, а прикрепленная к внутренней поверхности магнитопровода электротурбина, питаемая через выключатель от преобразователя напряжения, совмещена своим воздушным выходом, через канал в магнитопроводе и электровентиль с трубопроводом емкости для окислителя.

Images