RU2009374C1

RU2009374C1 - Stationary plasma engine

Info

Publication number: RU2009374C1
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Граур; К.Н. Козубский; В.С. Жасан
Original assignee: Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: space technology. SUBSTANCE: engine has a diode, a cathode-compensator, an ignitor electrode, a discharge voltage source, a control unit, magnetizing coils brought into discharging circuit in series. The engine also has a capacitor connected in parallel to the discharge gap, a unit-commutator and a current transducer brought in parallel into the discharging circuit at the section between the minus of the power source and the beginning of the magnetic coils. A modulator controls the unit-commutator by signals of the current transducer. The diode is brought in opposite polarity between the plus circuit of the power source and the circuit connecting the unit-commutator and the current transducer. A supplementary magnetic coil is magnetically connected to the magnetizing coil and by one output - to the cathode-compensator, and by the second one - to the ignitor electrode. EFFECT: reduced anomalous discharge current overshoot and improved thrust control. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к электрореактивным двигательным установкам (ЭРДУ) на базе стационарных плазменных двигателей (СПД) для КА, и может быть использовано при создании ЭРДУ с повышенным ресурсом и надежностью. The invention relates to space technology, in particular to electro-reactive propulsion systems (ERD) based on stationary plasma engines (SPD) for spacecraft, and can be used to create an ERD with increased resource and reliability.

Известны СПД, содержащие анод, катод-компенсатор, поджигной электрод, разрядную цепь с последовательно включенными в нее катушками, недостатком которых являются недостаточные ресурс и надежность работы из-за наличия непредсказуемых аномальных выбросов разрядного тока. Known SPDs containing an anode, a cathode-compensator, a firing electrode, a discharge circuit with sequentially connected coils, the disadvantage of which is insufficient resource and reliability due to the presence of unpredictable abnormal discharge current discharge.

Известны СПД (1), в которых для улучшения характеристик и повышения надежности параллельно разрядному промежутку подключен конденсатор, а источник разрядного напряжения имеет повышенные перегрузочные возможности, но это не избавляет также СПД от вышеназванных недостатков. SPDs are known (1), in which a capacitor is connected parallel to the discharge gap to improve performance and reliability, and the discharge voltage source has increased overload capabilities, but this does not also relieve SPD of the above drawbacks.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является СПД (2), содержащий анод, катод-компенсатор, поджигной электрод, источник разрядного напряжения, блок управления, катушки намагничивания, последовательно включенные в разрядную цепь, конденсатор, подключенный параллельно разрядному промежутку. The closest technical solution, selected as a prototype, is SPD (2), containing an anode, a cathode-compensator, a firing electrode, a discharge voltage source, a control unit, magnetization coils, connected in series to the discharge circuit, a capacitor connected in parallel with the discharge gap.

Недостатком прототипа также являются недостаточные ресурс и надежность работы. Указанные недостатки следуют из того, что в прототипе не обеспечиваются режимы ограничения аномальных непредсказуемых выбросов разрядного тока, а при перегрузках выполняются аварийные отключения. The disadvantage of the prototype are also insufficient resource and reliability. These shortcomings follow from the fact that the prototype does not provide modes to limit abnormal unpredictable discharge currents, and during overloads, emergency shutdowns are performed.

В известном СПД, содержащем анод, установленный в канале разрядной камеры, катод-компенсатор и поджигной электрод, подключенные через разрядную цепь к источнику напряжения, блок управления, магнитную систему с электромагнитными катушками намагничивания, электрически соединенными последовательно, датчик тока в разрядной цепи и конденсатор, включенный в разрядную цепь параллельно разрядному промежутку, дополнительно введены модулятор, блок-коммутатор и диод, при этом входы модулятора соединены с выходами блока управления и датчика тока, а выход - с управляющим входом блок-коммутатора, силовой вход которого подключен к отрицательному полюсу источника разрядного напряжения, причем токовый вход датчика тока соединен с силовым выходом блок-коммутатора, токовый выход датчика - с катушками намагничивания, включенными в разрядную цепь, а диод включен в разрядную цепь в обратной полярности между положительным полюсом источника разрядного напряжения и участком цепи, соединяющим блок-коммутатор и датчик тока. In the known SPD containing an anode mounted in the channel of the discharge chamber, a cathode-compensator and an ignition electrode connected through a discharge circuit to a voltage source, a control unit, a magnetic system with electromagnetic magnetization coils electrically connected in series, a current sensor in the discharge circuit and a capacitor, included in the discharge circuit parallel to the discharge gap, a modulator, a block switch and a diode are additionally introduced, while the modulator inputs are connected to the outputs of the control unit and the current sensor and the output is with the control input of the block switch, the power input of which is connected to the negative pole of the discharge voltage source, the current input of the current sensor connected to the power output of the block switch, the current output of the sensor with magnetization coils included in the discharge circuit, and the diode included in the discharge circuit in reverse polarity between the positive pole of the discharge voltage source and the portion of the circuit connecting the switch block and the current sensor.

Кроме того, заявленный СПД дополнительно снабжен вспомогательной электромагнитной катушкой намагничивания, магнитосвязанной с основными катушками намагничивания, при этом один вывод вспомогательной магнитной катушки соединен с катодом-компенсатором, а второй - с поджигным электродом. In addition, the claimed SPD is additionally equipped with an auxiliary electromagnetic magnetization coil magnetically coupled to the main magnetization coils, with one output of the auxiliary magnetic coil connected to the compensating cathode, and the second to the ignition electrode.

На чертеже представлена структурная схема заявляемого СПД. The drawing shows a structural diagram of the inventive SPD.

Устройство содержит анод 1, катод-компенсатор 2, поджигной электрод 3, разрядную цепь 7, диод 12, источник разрядного напряжения 4, блок управления 5, катушки намагничивания 6 и вспомогательную магнитную катушку 13, модулятор 9, блок-коммутатор 10, датчик тока 11, а также конденсатор 8, подключенный параллельно разрядному промежутку. The device comprises an anode 1, a cathode-compensator 2, an ignition electrode 3, a discharge circuit 7, a diode 12, a discharge voltage source 4, a control unit 5, a magnetizing coil 6 and an auxiliary magnetic coil 13, a modulator 9, a block switch 10, a current sensor 11 as well as a capacitor 8 connected in parallel to the discharge gap.

Работает предложенный СПД следующим образом. The proposed SPD works as follows.

По внешней команде на запуск СПД блок управления 5 подает включающий сигнал на модулятор 9, который через блок-коммутатор 10 коммутирует разрядную цепь 7. С этого момента блок-коммутатор 10, магнитные катушки 6, диод 12, конденсатор 8, начинают работать в режиме и в качестве элементов импульсного стабилизатора напряжения источника 4, а на разрядном промежутке устанавливается требуемое разрядное напряжение. Наводимое в катушке 6 переменное напряжение, повышенное вспомогательной катушкой 13 за счет автотрансформаторной связи, до требуемого уровня (например, 500. . . 600 В для безнакального катода) подается на поджигной электрод 3. Подачей расхода осуществляется запуск двигателя. После появления сигнала определенного уровня с датчика тока 11, соответствующего начальному току разряда, блок управления 5 через модулятор 9 переводит блок-коммутатор 10 в режим постоянного включения и в разрядной цепи 7 устанавливается номинальный ток двигателя, определяемый расходом. В таком режиме двигатель может находиться длительное время. Одновременно с установлением номинального тока блок управления 5 переводит модулятор 9 в режим двухпорогового управления блок-коммутатором 10 по сигналам с датчика тока 11 (например, верхний порог 1,2 I_ном, в разрядной цепи 7 аномальных выбросов тока уровнем более 1,2 I_ном, модулятор 9 через блок-коммутатор 10 будет размыкать цепь разряда 7, а при снижении тока разряда (т. е. тока в цепи катушки намагничивания 6, обеспечиваемого диодом 12) ниже уровня 0,6 I_ном, ее замыкать. На протяжении времени существования аномалии блок-коммутатор 10, управляемый модулятором 9, будет коммутировать цепь разряда 7 с частотой, определяемой величиной аномалии, параметрами элементов разрядной цепи и уровнями порогов. Пульсации тока разряда двигателя в таком режиме как показывают исследования могут не превышать 5. . . 10% при индуктивности катушки 6. . . 10 мГн и емкости 10 мкФ. После исчезновения аномалии устанавливается номинальный ток разряда, при котором блок-коммутатор 10 находится в режиме постоянного включения.By an external command to start the SPD, the control unit 5 supplies a switching signal to the modulator 9, which switches the discharge circuit 7 through the block 10. From this moment, the block 10, the magnetic coils 6, the diode 12, the capacitor 8, begin to work in the mode and as elements of a pulse voltage regulator of source 4, and on the discharge gap the required discharge voltage is set. The alternating voltage induced in the coil 6, increased by the auxiliary coil 13 due to autotransformer coupling, to the required level (for example, 500 ... 600 V for a non-cathode cathode) is supplied to the ignition electrode 3. The engine is started by applying a flow. After the appearance of a signal of a certain level from the current sensor 11, corresponding to the initial discharge current, the control unit 5 through the modulator 9 puts the switch unit 10 in constant ON mode and the rated motor current, determined by the flow rate, is set in the discharge circuit 7. In this mode, the engine may be for a long time. Simultaneously with the establishment of the rated current, the control unit 5 puts the modulator 9 into two-threshold control mode of the block switch 10 by the signals from the current sensor 11 (for example, the upper threshold is 1.2 I _nom , in the discharge circuit 7 there are abnormal current surges with a level of more than 1.2 I _nom , the modulator 9 through the block switch 10 will open the discharge circuit 7, and when the discharge current (that is, the current in the circuit of the magnetization coil 6 provided by the diode 12) is below the level of 0.6 I _nom , it will be closed. anomalies block switch 10 controlled by mo 9, will switch the discharge circuit 7 with a frequency determined by the magnitude of the anomaly, the parameters of the elements of the discharge circuit and threshold levels.The ripple of the discharge current of the motor in this mode, studies show, may not exceed 5. ... 10% with coil inductance 6. ... 10 mH and capacitances of 10 μF After the anomaly disappears, the rated discharge current is established at which the switch unit 10 is in the constant on mode.

(56) Глибицкий М. М. Системы питания и управления электрическими ракетными двигателями. М. : Машиностроение, 1981, с. 27-29, рис. 26. (56) Glibitsky M.M. Power systems and control of electric rocket engines. M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 27-29, fig. 26.

Гришин С. Д. и др. Плазменные ускорители. М. : Машиностроение, 1983, с. 167, 168. Grishin S. D. et al. Plasma accelerators. M.: Mechanical Engineering, 1983, p. 167, 168.

Claims

1. STATIONARY PLASMA ENGINE containing an anode mounted in the channel of the discharge chamber, a cathode-compensator and an ignition electrode connected through a discharge circuit to a voltage source, a control unit, a magnetic system with electromagnetic magnetizing coils electrically connected in series, a current sensor in the discharge circuit and a capacitor included in the discharge circuit parallel to the discharge gap, characterized in that the motor further comprises a modulator, a commutator-switch and a diode, while the modulator inputs and connected to the outputs of the control unit and the current sensor, and the output to the control input of the switch unit, the power input of which is connected to the negative pole of the voltage source, and the current input of the current sensor is connected to the power output of the switch unit, the current output of the sensor to the magnetizing coils included in the discharge circuit, and the diode is included in the discharge circuit in reverse polarity between the positive pole of the voltage source and the portion of the circuit connecting the switch unit and the current sensor.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an auxiliary electromagnetic magnetization coil magnetically coupled to the main magnetization coils, wherein one output of the auxiliary coil is connected to the compensating cathode, and the second to the ignition electrode.