RU2452142C1

RU2452142C1 - Method of operating pulsed plasma accelerator

Info

Publication number: RU2452142C1
Application number: RU2010149145/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Богатый (RU); Александр Владимирович Богатый; Григорий Александрович Дьяконов (RU); Григорий Александрович Дьяконов
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-05-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: plasma flux is accelerated by a pulsed plasma accelerator having a cathode (1) and an anode (2), between which there is separating frontal insulator (3) and dielectric blocks (5) made from ablating material. During operation of the accelerator, working surfaces of the dielectric blocks (5) facing the discharge channel (4) are first heated. After preliminary heating of the dielectric blocks to operating temperature of the accelerator, voltage from a capacitive storage (6) is applied across the cathode (1) and the anode (2) and electric discharge is periodically ignited between the discharge electrodes by a discharge initiating device (7). The dielectric blocks (5) are moved into the discharge channel (4) as the ablating material evaporates from the working surfaces of the dielectric blocks (5).

EFFECT: high pulling effect of the plasma accelerator.

9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиями, более конкретно - к плазменным ускорителям и способам их работы, которые могут использоваться для создания реактивной тяги, например, в качестве электроракетного двигателя, устанавливаемого на борту космического летательного аппарата, а также для генерации высокоскоростных плазменных потоков при проведении экспериментальных исследований и модельных испытаний. Кроме того, изобретение может применяться для осуществления различного рода технологических операций по обработке изделий и модификации свойств материалов.The invention relates to plasma technology and plasma technologies, and more particularly to plasma accelerators and methods of their operation, which can be used to create jet thrust, for example, as an electric rocket engine mounted on board a spacecraft, as well as to generate high-speed plasma flows during experimental research and model testing. In addition, the invention can be applied to carry out various kinds of technological operations for processing products and modifying the properties of materials.

Плазменными ускорителями принято называть устройства, посредством которых производится ионизация рабочего вещества и последующее ускорение ионизованного газообразного рабочего вещества (плазмы) под действием электромагнитных сил и газодинамического давления в процессе генерации электрического разряда.Plasma accelerators are called devices by which the ionization of the working substance and the subsequent acceleration of the ionized gaseous working substance (plasma) under the influence of electromagnetic forces and gas-dynamic pressure in the process of generating an electric discharge are performed.

Ускорение плазмы с помощью импульсных плазменных ускорителей (ИПУ), в которых используется твердое рабочее вещество в виде диэлектрических шашек, выполненных из абляционного материала, осуществляется следующим образом. Первоначально производится электрический пробой межэлектродного промежутка, затем зажигается основной электрический разряд между электродами. За счет выделяющейся в дуговом разряде энергии происходит испарение рабочего вещества с рабочих поверхностей диэлектрических шашек, ионизация рабочего вещества и ускорение ионизованного газа (рабочего вещества).Plasma acceleration using pulsed plasma accelerators (IPUs), which use a solid working substance in the form of dielectric blocks made of ablative material, is carried out as follows. Initially, an electrical breakdown of the interelectrode gap is made, then the main electrical discharge between the electrodes is ignited. Due to the energy released in the arc discharge, the working substance evaporates from the working surfaces of the dielectric checkers, the working substance is ionized and the ionized gas (working substance) is accelerated.

В ИПУ электрический разряд носит кратковременный характер. Длительность разряда составляет от 1 до 100 мкс. ИПУ широко применяются в качестве исполнительных органов систем управления космических летательных аппаратов, а также в импульсных инжекторах низкотемпературной плазмы. Рабочее вещество в таких установках представляет собой шашки из твердого диэлектрика, в частности из фторопласта.In IPA, the electrical discharge is short-lived. The discharge duration is from 1 to 100 μs. IPUs are widely used as executive bodies of spacecraft control systems, as well as in pulsed injectors of low-temperature plasma. The working substance in such installations is checkers made of a solid dielectric, in particular fluoroplastic.

Как известно, для поддержания заданного орбитального положения космического летательного аппарата в процессе торможения в относительно плотной остаточной атмосфере космического пространства целесообразно использовать малогабаритные электроракетные двигательные установки с низким потреблением электрической энергии. Таким требованиям удовлетворяют двигательные установки на базе ИПУ. В двигательных установках данного типа в качестве рабочего вещества используется твердый диэлектрик, выделяющий газообразные продукты в результате абляции под воздействием тепловой и лучистой энергии генерируемого электрического разряда. ИПУ обладают достаточно простой конструкцией при потребляемой мощности от единиц до сотен ватт и обеспечивают высокую точность управления космическим летательным аппаратом по сравнению с иными типами двигательных установок, используемых в качестве исполнительных органов. Вместе с тем тяговая эффективность известных ИПУ не удовлетворяет предъявляемым требованиям для решения большинства задач.As you know, to maintain a given orbital position of a spacecraft during braking in a relatively dense residual atmosphere of outer space, it is advisable to use small-sized electric rocket propulsion systems with low electrical energy consumption. IPU-based propulsion systems satisfy these requirements. In propulsion systems of this type, a solid dielectric is used as the working medium, which releases gaseous products as a result of ablation under the influence of thermal and radiant energy of the generated electric discharge. IPUs have a fairly simple design with power consumption from units to hundreds of watts and provide high accuracy control of a spacecraft in comparison with other types of propulsion systems used as executive bodies. At the same time, the traction efficiency of known ISPs does not meet the requirements for solving most problems.

Известны различные варианты конструкции ИПУ, принцип работы которых основан на абляции (эрозии) твердого диэлектрического материала под действием энергии, выделяющейся в результате генерации импульсного электрического разряда в межэлектродном промежутке. Так, например, в патенте США №6373023 (МПК⁷ B23K 10/00, опубликован 16.04.2002) описан способ работы ИПУ, включающий зажигание электрического разряда в разрядном канале ускорителя, который образован двумя параллельно расположенными плоскими электродами и торцевой поверхностью диэлектрической шашки, выполненной из абляционного материала. Инициация электрического разряда между анодом и катодом осуществляется с помощью термоэмиттера электронов, установленного в катоде напротив анода. После электрического пробоя межэлектродного промежутка происходит испарение и ионизация рабочего вещества и последующее ускорение образованного сгустка в ускорительном канале.There are various design options for IPA, the principle of which is based on the ablation (erosion) of a solid dielectric material under the action of energy released as a result of the generation of a pulsed electric discharge in the interelectrode gap. So, for example, in US patent No. 6373023 (IPC ⁷ B23K 10/00, published April 16, 2002), a method of operation of an IPP is described, which includes igniting an electric discharge in the discharge channel of an accelerator, which is formed by two parallel flat electrodes and an end surface of a dielectric checker made from ablative material. Initiation of an electric discharge between the anode and cathode is carried out using an electron emitter installed in the cathode opposite the anode. After the electrical breakdown of the interelectrode gap, the working substance is evaporated and ionized, and the resulting bunch is accelerated in the accelerator channel.

В патенте РФ №2253953 (МПК⁷ H05H 1/54, F03H 1/00, опубликован 10.06.2005) представлена конструкция ИПУ, который включает в свой состав два плоских электрода, между которыми установлены диэлектрические шашки, выполненные из абляционного материала, и разделительный торцевой изолятор, устройство инициации разряда и накопитель энергии, соединенный через токоподводы с электродами. Способ работы ускорителя заключается в подаче напряжения от накопителя энергии на разрядные электроды, периодическом зажигании электрического разряда между разрядными электродами с помощью устройства инициации разряда и перемещении диэлектрических шашек в разрядный канал по мере испарения абляционного материала с рабочих поверхностей диэлектрических шашек. При этом в разрядном канале зажигают и поддерживают квазиапериодические импульсные разряды при величине разрядного напряжения не менее 1000 В и выбранных характеристиках внешней электрической цепи ускорителя, обеспечивающих эффективное согласование параметров внешней и внутренней цепи плазменного ускорителя.RF patent №2253953 (IPC ⁷ H05H 1/54, F03H 1/00, published June 10, 2005) presents the design of an IPU, which includes two flat electrodes between which dielectric blocks made of ablative material are installed, and a separation end an insulator, a discharge initiation device, and an energy storage device connected through current leads to electrodes. The method of operation of the accelerator consists in applying voltage from the energy storage device to the discharge electrodes, periodically igniting an electric discharge between the discharge electrodes using a discharge initiation device, and moving the dielectric blocks into the discharge channel as the ablation material evaporates from the working surfaces of the dielectric blocks. At the same time, quasi-periodic pulsed discharges are ignited and maintained in the discharge channel at a discharge voltage of at least 1000 V and selected characteristics of the accelerator’s external electric circuit, which ensure effective coordination of the parameters of the plasma accelerator’s external and internal circuits.

Для указанных выше конструкций ИПУ характерно образование в процессе работы на поверхности диэлектрических шашек углеродной пленки, осаждаемой из продуктов термического разложения фторопласта, используемого в качестве рабочего вещества. Поскольку теплота испарения углерода существенно выше по сравнению с фторопластом, осаждение углеродной пленки приводит к существенному уменьшению площади рабочей поверхности диэлектрических шашек, с которой происходит испарение рабочего вещества (фторопласта).The above IPA designs are characterized by the formation of a carbon film deposited from the thermal decomposition products of the fluoroplastic used as a working substance on the surface of dielectric checkers during operation. Since the heat of vaporization of carbon is significantly higher compared with fluoroplastic, the deposition of a carbon film leads to a significant decrease in the area of the working surface of the dielectric blocks, with which the evaporation of the working substance (fluoroplastic).

В результате данного явления происходит снижение расхода рабочего вещества и вследствие этого падение тяги, создаваемой ИПУ. Кроме того, из-за образования на рабочей поверхности диэлектрических шашек углеродной пленки происходит неравномерная выработка рабочего вещества, что приводит к снижению подачи рабочего вещества в разрядный канал. Перечисленные негативные процессы являются причиной снижения тяговой эффективности и ресурса ИПУ, принцип работы которых основан на абляции рабочего вещества.As a result of this phenomenon, there is a decrease in the consumption of the working substance and, as a result, a drop in the thrust created by the IPA. In addition, due to the formation on the working surface of the dielectric checkers of the carbon film, uneven production of the working substance occurs, which leads to a decrease in the supply of the working substance to the discharge channel. The above negative processes are the reason for the decrease in traction efficiency and IPA resource, the principle of which is based on the ablation of the working substance.

В патенте РФ №2143586 (МПК⁷ F03H 1/00, H05H 1/54, опубликован 03.12.1995) описан способ работы ИПУ, выбранный в качестве наиболее близкого аналога изобретения, который направлен на устранение осаждения углеродной пленки на рабочих поверхностях диэлектрических шашек. Известный ИПУ содержит плоские электроды (анод и катод), образующие разрядный канал, емкостный накопитель энергии, соединенный с электродами, шашки из твердого диэлектрика, служащего рабочим телом, устройство инициации разряда (игнайтер), установленное в катоде, и разделительный торцевой изолятор. Диэлектрические шашки установлены между электродами со стороны торцевого изолятора с возможностью поступательного перемещения навстречу друг другу. Перемещение шашек осуществляется с помощью пружинного толкателя. Расстояние между рабочими поверхностями диэлектрических шашек фиксируется с помощью выступов, выполненных на электродах. В торцевом изоляторе образовано углубление, в котором установлено устройство инициации разряда.In the patent of the Russian Federation No. 2143586 (IPC ⁷ F03H 1/00, H05H 1/54, published 03.12.1995) describes the method of operation of the IPA, selected as the closest analogue of the invention, which is aimed at eliminating the deposition of a carbon film on the working surfaces of dielectric blocks. Known IPA contains flat electrodes (anode and cathode) forming a discharge channel, a capacitive energy storage connected to the electrodes, checkers made of a solid dielectric serving as a working fluid, a discharge initiation device (igniter) installed in the cathode, and a separation end insulator. Dielectric checkers are installed between the electrodes on the side of the end insulator with the possibility of translational movement towards each other. Checkers are moved using a spring pusher. The distance between the working surfaces of the dielectric checkers is fixed using protrusions made on the electrodes. A recess is formed in the end insulator, in which a discharge initiation device is installed.

При включении ИПУ осуществляется подача напряжения от накопителя энергии на разрядные электроды и периодическое формирование устойчивого плазменного сгустка в форме шнура в области углубления торцевого изолятора, т.е. на входе в ускорительный канал, входной участок которого образован рабочими поверхностями диэлектрических шашек. Предварительное формирование токовой перемычки перед диэлектрическими шашками позволяет снизить вероятность образования углеродной пленки на поверхности испаряемого материала и за счет этого уменьшить неравномерность его испарения. В результате пробоя между электродами устройства инициации разряда образуется плазменный сгусток, заполняющий межэлектродный зазор разрядного канала. Разрядные электроды в процессе пробоя находятся под «ждущим» потенциалом, на них подается напряжение от емкостного накопителя энергии. После замыкания электродов плазменной перемычкой осуществляется пробой основного межэлектродного промежутка и в разрядном канале формируется электрический разряд дугового типа. Под действием энергии, выделяющейся в разряде, происходит испарение рабочего диэлектрического материала и ускорение образовавшегося сгустка под действием электромагнитных сил и газодинамического давления.When the ISP is turned on, voltage is supplied from the energy storage device to the discharge electrodes and periodic formation of a stable plasma bunch in the form of a cord in the region of the recess of the end insulator, i.e. at the entrance to the accelerator channel, the input section of which is formed by the working surfaces of the dielectric checkers. The preliminary formation of the current bridge in front of the dielectric checkers makes it possible to reduce the likelihood of a carbon film forming on the surface of the evaporated material and thereby reduce the unevenness of its evaporation. As a result of the breakdown between the electrodes of the discharge initiation device, a plasma bunch forms, filling the interelectrode gap of the discharge channel. The discharge electrodes in the process of breakdown are under the "waiting" potential, they are supplied with voltage from a capacitive energy storage. After the electrodes are closed by the plasma jumper, the main interelectrode gap is broken and an arc-type electric discharge is formed in the discharge channel. Under the action of the energy released in the discharge, the working dielectric material evaporates and the formed bunch accelerates under the influence of electromagnetic forces and gas-dynamic pressure.

Однако решение проблемы генерации устойчивого плазменного шнура на начальном участке разрядного канала не позволяет полностью исключить осаждение углеродной пленки на рабочих поверхностях диэлектрических шашек. Неравномерность выработки рабочего вещества и ограничение роста тяговых характеристик ИПУ наблюдается также при использовании керамического торцевого изолятора с углублением, в котором размещено устройство инициации разряда. Следует отметить, что увеличение скорости истечения генерируемого плазменного потока, при использовании известных аналогов ИПУ, возможно только за счет увеличения энергии, подводимой к разряду, вследствие чего снижается тяговая эффективность ускорителя.However, the solution to the problem of generating a stable plasma cord in the initial portion of the discharge channel does not completely eliminate the deposition of the carbon film on the working surfaces of the dielectric checkers. The unevenness of the working substance production and the limitation of the growth of the ISU traction characteristics are also observed when using a ceramic end insulator with a recess in which the discharge initiation device is located. It should be noted that an increase in the rate of outflow of the generated plasma stream, using well-known IPA analogs, is possible only by increasing the energy supplied to the discharge, as a result of which the traction efficiency of the accelerator decreases.

Патентуемое изобретение направлено на создание условий, препятствующих осаждению углеродной пленки на рабочие поверхности диэлектрических шашек из области термического разложения испарившегося рабочего вещества.The patented invention is aimed at creating conditions that prevent the deposition of a carbon film on the working surface of the dielectric checkers from the area of thermal decomposition of the evaporated working substance.

Технический результат, достигаемый при решении указанных выше задач, заключается в повышении эффективности использования рабочего вещества за счет равномерности его выработки и, как следствие, в повышении стабильности тяговых характеристик и надежности ИПУ, а также в увеличении тяги и ресурса ускорителя.The technical result achieved by solving the above problems is to increase the efficiency of use of the working substance due to the uniformity of its production and, as a result, to increase the stability of the traction characteristics and reliability of the ISP, as well as to increase the traction and resource of the accelerator.

Достижение технического результата обеспечивается при реализации способа работы ИПУ, который заключается в следующем.The achievement of the technical result is ensured by the implementation of the method of operation of the ISP, which is as follows.

На разрядные электроды ИПУ, между которыми установлен разделительный торцевой изолятор и диэлектрические шашки, выполненные из абляционного материала, подают напряжение от накопителя энергии. После этого осуществляют периодическое зажигание электрического разряда между разрядными электродами, которые образуют разрядный канал импульсного плазменного ускорителя. В процессе работы плазменного ускорителя производят перемещение диэлектрических шашек в разрядный канал по мере испарения абляционного материала с рабочих поверхностей диэлектрических шашек. Согласно изобретению, перед подачей напряжения на разрядные электроды, т.е. перед инициацией основного электрического разряда в разрядном канале, осуществляют предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек, обращенных к разрядному каналу.The discharge electrodes of the IPU, between which a separation end insulator and dielectric checkers made of ablative material are installed, supply voltage from the energy storage device. After this, periodic ignition of the electric discharge between the discharge electrodes, which form the discharge channel of the pulsed plasma accelerator, is carried out. In the process of operation of the plasma accelerator, the dielectric checkers are moved into the discharge channel as the ablation material evaporates from the working surfaces of the dielectric checkers. According to the invention, before applying voltage to the discharge electrodes, i.e. Before initiating the main electric discharge in the discharge channel, a preliminary heating of the working surfaces of the dielectric checkers facing the discharge channel is carried out.

Изобретение в совокупности перечисленных выше признаков обеспечивает достижение технического результата за счет осуществления следующих процессов и явлений.The invention in combination of the above features ensures the achievement of a technical result due to the implementation of the following processes and phenomena.

В ИПУ эрозионного типа при фиксированном расстоянии между рабочими поверхностями диэлектрических шашек (6÷20 мм) энергия, необходимая для испарения абляционного материала, передается из разрядного канала посредством излучения дугового разряда, теплопроводности рабочей среды и конвективного теплообмена. При включении ИПУ вследствие низкой (по сравнению с рабочей температурой) начальной температуры диэлектрических шашек происходит науглероживание их рабочих поверхностей, обращенных к разрядному каналу.In an erosion-type ISP with a fixed distance between the working surfaces of the dielectric checkers (6 ÷ 20 mm), the energy necessary for the ablation material to evaporate is transferred from the discharge channel by means of arc discharge radiation, thermal conductivity of the working medium, and convective heat transfer. When the ISP is turned on, due to the low (compared to the operating temperature) initial temperature of the dielectric checkers, their working surfaces are carbonized, facing the discharge channel.

Осаждение углерода на испаряемые поверхности шашек обусловлено снижением объемной плотности энергии, выделяемой в процессе электрического разряда емкостного накопителя энергии. С увеличением расстояния между рабочими поверхностями диэлектрических шашек и плазменным сгустком происходит существенное снижение теплопроводности рабочей среды из-за формирования плазменного сгустка вдоль оси разрядного канала, и перенос энергии к рабочим поверхностям шашек осуществляется главным образом за счет излучения плазменного сгустка. Однако энергии, передаваемой излучением, оказывается недостаточно для равномерного нагрева до рабочей температуры и, как следствие, эффективного испарения абляционного материала по всей рабочей поверхности диэлектрической шашки. В результате происходит осаждение газообразных углеродосодержащих продуктов разложения рабочего вещества (фторопласта) на относительно холодные рабочие поверхности диэлектрических шашек.The deposition of carbon on the evaporated surfaces of the drafts is due to a decrease in the bulk energy density released during the electric discharge of the capacitive energy storage. With an increase in the distance between the working surfaces of the dielectric checkers and the plasma bunch, a significant decrease in the thermal conductivity of the working medium occurs due to the formation of a plasma bunch along the axis of the discharge channel, and the energy is transferred to the working surfaces of the checkers mainly due to the radiation of the plasma bunch. However, the energy transmitted by the radiation is not enough for uniform heating to the working temperature and, as a result, for effective evaporation of the ablation material over the entire working surface of the dielectric block. As a result, gaseous carbon-containing products of the decomposition of the working substance (fluoroplastic) are deposited on the relatively cold working surfaces of the dielectric checkers.

При предварительном нагреве рабочих поверхностей диэлектрических шашек, обращенных к разрядному каналу, до рабочей температуры, которая может изменяться в широком диапазоне значений в зависимости от выбора рабочего абляционного материала, конструкции ИПУ и его рабочих характеристик, образование углеродосодержащих пленок на рабочих поверхностях диэлектрических шашек не происходит. Как показали проведенные исследования, углеродосодержащие продукты разложения рабочего вещества не осаждаются на предварительно нагретые поверхности диэлектрических шашек, и процесс испарения абляционного материала протекает равномерно по всей рабочей поверхности каждой из диэлектрических шашек.When pre-heating the working surfaces of the dielectric checkers facing the discharge channel to a working temperature, which can vary over a wide range of values depending on the choice of the working ablative material, the design of the IPA and its operating characteristics, the formation of carbon-containing films on the working surfaces of the dielectric checkers does not occur. As the studies showed, the carbon-containing decomposition products of the working substance are not deposited on the preheated surfaces of the dielectric checkers, and the process of evaporation of the ablation material proceeds uniformly over the entire working surface of each of the dielectric checkers.

Предварительный нагрев диэлектрических шашек можно производить с помощью нагревательного устройства, например с помощью электронагревательных элементов, установленных вблизи шашек. Электронагревательное устройство размещается на поверхности разрядного электрода с внешней стороны по отношению к разрядному каналу. При этом между электронагревательным устройством и поверхностью анода должен быть образован тепловой контакт. В другом варианте выполнения конструкции могут использоваться электронагревательные элементы, образующие тепловой контакт непосредственно с диэлектрическими шашками.The preheating of dielectric checkers can be carried out using a heating device, for example, by means of electric heating elements installed near the checkers. An electric heating device is placed on the surface of the discharge electrode from the outside with respect to the discharge channel. In this case, a thermal contact must be formed between the electric heating device and the surface of the anode. In another embodiment, electric heating elements can be used that form thermal contact directly with the dielectric checkers.

Для нагрева рабочих поверхностей диэлектрических шашек может также использоваться средство перемещения шашек, с помощью которого перед подачей напряжения на разрядные электроды и зажиганием между ними электрического разряда производится сближение шашек до расстояния, на котором происходит эффективный нагрев рабочих поверхностей шашек. После этого зажигают и поддерживают вспомогательный электрический разряд у рабочих поверхностей диэлектрических шашек. В данном случае энергия вспомогательного разряда используется для предварительного нагрева рабочих поверхностей диэлектрических шашек. После окончания предварительного нагрева диэлектрические шашки перемещают в исходное рабочее положение, подают напряжение на разрядные электроды и осуществляют периодическое зажигание основного электрического разряда между разрядными электродами.To heat the working surfaces of the dielectric checkers, a means of moving the checkers can also be used, by which, before applying voltage to the discharge electrodes and igniting an electric discharge between them, the checkers are brought closer to a distance at which the working surfaces of the checkers are heated effectively. After that, an auxiliary electric discharge is ignited and supported at the working surfaces of the dielectric checkers. In this case, the energy of the auxiliary discharge is used to preheat the working surfaces of the dielectric checkers. After the pre-heating is completed, the dielectric checkers are moved to their original operating position, voltage is applied to the discharge electrodes, and the main electric discharge is periodically ignited between the discharge electrodes.

Расстояние, на которое осуществляют сближение диэлектрических шашек, зависит от конструкции ИПУ и его рабочих характеристик. В частности, для ИПУ, используемых в качестве двигателей малой тяги космических летательных аппаратов, сближение диэлектрических шашек может производиться на расстояние между их рабочими поверхностями до 6 мм, при этом исходное рабочее положение диэлектрических шашек устанавливают в диапазоне расстояний между их рабочими поверхностями от 10 мм до 20 мм.The distance at which the dielectric checkers approach each other depends on the design of the ISP and its performance. In particular, for ISPs used as low-thrust engines of spacecraft, the approach of dielectric checkers can be carried out at a distance between their working surfaces of up to 6 mm, while the initial working position of the dielectric checkers is set in the range of distances between their working surfaces from 10 mm to 20 mm.

Предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек предпочтительно осуществляют до температуры, выбранной в диапазоне от 70°С до 200°С.Preheating of the working surfaces of the dielectric checkers is preferably carried out to a temperature selected in the range from 70 ° C to 200 ° C.

Для повышения устойчивости плазменного шнура, формируемого при зажигании электрического разряда, устройство инициации разряда устанавливают в углублении, выполненном в разделительном торцевом изоляторе. При этом глубина углубления преимущественно выбирается равной не менее 3 мм. В качестве материала, из которого выполняется разделительный торцевой изолятор, предпочтительно применяют термостойкую керамику.To increase the stability of the plasma cord formed by ignition of an electric discharge, the device for initiating the discharge is installed in a recess made in the separation end insulator. In this case, the depth of the recess is preferably chosen to be at least 3 mm. As the material from which the separation end insulator is made, heat-resistant ceramic is preferably used.

В качестве разрядных электродов, образующих разрядный канал ИПУ, могут применяться два плоских электрода, расположенных напротив друг друга.As the discharge electrodes forming the discharge channel of the IPA, two flat electrodes located opposite each other can be used.

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров реализации способа работы ИПУ.Further, the invention is illustrated by a description of specific examples of the implementation of the method of operation of the IPA.

На прилагаемых чертежах изображено следующее:The accompanying drawings show the following:

на фиг.1 - схема ИПУ с электронагревательным элементом, размещенном на аноде;figure 1 is a diagram of the IPA with an electric heating element placed on the anode;

на фиг.2 - схема ИПУ со средством перемещения диэлектрических шашек;figure 2 is a diagram of the IPA with a means of moving dielectric checkers;

на фиг.3 - продольный разрез (А-А) разрядного канала ИПУ, изображенного на фиг.2,figure 3 is a longitudinal section (aa) of the discharge channel of the IPA shown in figure 2,

на фиг.4 - продольный разрез (Б-Б) разрядного канала ИПУ, изображенного на фиг.2.figure 4 is a longitudinal section (BB) of the discharge channel of the IPA, shown in figure 2.

В качестве примеров осуществления изобретения ниже приведено описание способов работы ИПУ с двумя вариантами выполнения технических средств, с помощью которых обеспечивается предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек, обращенных к разрядному каналу.As examples of carrying out the invention, the following is a description of the operation methods of the IED with two variants of the execution of technical means, with the help of which preliminary heating of the working surfaces of the dielectric blocks facing the discharge channel is provided.

ИПУ, включающий в свой состав электронагревательный элемент (см. фиг.1), содержит плоские разрядные электроды: катод 1 и анод 2. Между электродами установлен разделительный торцевой изолятор 3, выполненный из керамического материала, в качестве которого используется тугоплавкая керамика Al₂O₃. Поверхности катода 1, анода 2 и торцевого изолятора 3 образуют разрядный канал 4 рельсового типа. Между катодом 1 и анодом 2 установлены напротив друг друга две диэлектрические шашки 5, выполненные из абляционного материала - фторопласта. Рабочие поверхности диэлектрических шашек 5, обращенные к разрядному каналу 4, образуют его боковые стенки. Диэлектрические шашки 5 выполнены с возможностью перемещения в разрядный канал 4 по мере испарения абляционного материала. Для этого в рассматриваемом варианте реализации изобретения используются ограничители перемещения диэлектрических шашек 5, в качестве которых используются уступы, образованные на направляющей поверхности катода 1, и пружинные толкатели, установленные между тыльными поверхностями диэлектрических шашек 5 и опорными поверхностями (на чертеже не показаны).IPU, which includes an electric heating element (see figure 1), contains flat discharge electrodes: cathode 1 and anode 2. A separating end insulator 3 made of a ceramic material is used between the electrodes, which is used as refractory Al ₂ O ₃ ceramic . The surface of the cathode 1, the anode 2 and the end insulator 3 form a discharge channel 4 of the rail type. Between the cathode 1 and the anode 2, two dielectric checkers 5 are made opposite each other, made of ablation material - fluoroplastic. The working surface of the dielectric checkers 5, facing the discharge channel 4, form its side walls. The dielectric checkers 5 are arranged to move into the discharge channel 4 as the ablation material evaporates. For this, in the present embodiment, the use of dielectric checkers 5 travel stops, which are used as ledges formed on the guide surface of the cathode 1, and spring pushers installed between the back surfaces of the dielectric checkers 5 and the supporting surfaces (not shown in the drawing).

Катод 1 и анод 2 плазменного ускорителя подключены к емкостному накопителю энергии 6 (ЕНЭ). В закрытой торцевой части разрядного канала 4 у поверхности торцевого изолятора 3 установлено устройство 7 инициации разряда, электроды которого подключены к блоку 8 питания устройства инициации разряда (БПУ).The cathode 1 and anode 2 of the plasma accelerator are connected to a capacitive energy storage 6 (CES). In the closed end part of the discharge channel 4, a discharge initiation device 7 is installed at the surface of the end insulator 3, the electrodes of which are connected to the power supply unit 8 of the discharge initiation device (PDU).

На поверхности анода 2 с внешней стороны по отношению к разрядному каналу 4 установлен электронагревательный элемент 9 (ЭНЭ), который подключен к блоку 10 питания нагревателя (БПН). Теплопровод электронагревательного элемента 9 образует тепловой контакт с внешней поверхностью анода 2. Управляющие входы емкостного накопителя энергии 6, а также блоков питания 8 и 10 подключены к соответствующим выходам системы управления 11 (СУ).On the surface of the anode 2 from the outside with respect to the discharge channel 4, an electric heating element 9 (EEE) is installed, which is connected to the heater power supply unit (BPN) 10. The heat pipe of the electric heating element 9 forms a thermal contact with the outer surface of the anode 2. The control inputs of the capacitive energy storage device 6, as well as the power supplies 8 and 10 are connected to the corresponding outputs of the control system 11 (SU).

Данный пример размещения электронагревательного элемента 9 не ограничивает возможность установки нагревательных элементов на других элементах конструкции ИПУ с целью предварительного нагрева рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5. В частности, электронагревательные элементы могут непосредственно контактировать с диэлектрическими шашками 5.This example of the placement of the electric heating element 9 does not limit the possibility of installing heating elements on other structural elements of the ISP in order to preheat the working surfaces of the dielectric checkers 5. In particular, the electric heating elements can directly contact the dielectric checkers 5.

В другом варианте выполнения технического средства, обеспечивающего предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек, ИПУ также содержит катод 1, анод 2 и торцевой изолятор 3, внутренние поверхности которых образуют разрядный канал 4 (см. фиг 2, 3 и 4).In another embodiment, the technical means for preheating the working surfaces of the dielectric checkers, the ICD also contains a cathode 1, anode 2 and an end insulator 3, the inner surfaces of which form a discharge channel 4 (see Figs. 2, 3 and 4).

В закрытой торцевой части разрядного канала 4 у поверхности торцевого изолятора 3 установлено устройство 7 инициации разряда, электроды которого подключены к блоку питания 8. При этом устройство 7 размещено в полости 12, образованной углублением, выполненным в разделительном торцевом изоляторе 3, перед входом в разрядный канал 4 (см. фиг.3). Глубина полости 12 относительно близлежащих поверхностей диэлектрических шашек 5 составляет 5 мм.In the closed end part of the discharge channel 4, a discharge initiation device 7 is installed at the surface of the end insulator 3, the electrodes of which are connected to the power supply 8. In this case, the device 7 is placed in a cavity 12 formed by a recess made in the separation end insulator 3, before entering the discharge channel 4 (see FIG. 3). The depth of the cavity 12 relative to the adjacent surfaces of the dielectric checkers 5 is 5 mm.

В качестве средства предварительного нагрева рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5 в рассматриваемом варианте конструкции ИПУ используется устройство 13 перемещения диэлектрических шашек (УПШ). Устройство 13 содержит механизм перемещения диэлектрических шашек 5 и электропривод механизма, соединенный с блоком 14 питания устройства перемещения диэлектрических шашек (БПП). Управляющие входы емкостного накопителя энергии 6 и блоков питания 8 и 14 подключены к соответствующим выходам системы управления 11.As a means of pre-heating the working surfaces of the dielectric checkers 5, in the considered embodiment of the IPA design, a device 13 for moving dielectric checkers (USB) is used. The device 13 contains a mechanism for moving the dielectric checkers 5 and an electric drive mechanism connected to the power supply unit 14 of the device for moving the dielectric checkers (BPP). The control inputs of the capacitive energy storage 6 and power supplies 8 and 14 are connected to the corresponding outputs of the control system 11.

Способ работы импульсного плазменного ускорителя осуществляется следующим образом.The method of operation of a pulsed plasma accelerator is as follows.

При использовании в составе ИПУ электронагревательного элемента (см. фиг.1) перед подачей напряжения на катод 1 и анод 2 осуществляют предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5, обращенных к разрядному каналу 4. Для этого по сигналу системы управления 11 производится включение блока питания 10, и через электронагревательный элемент 9, установленный на аноде 2, пропускается электрический ток. Тепловой поток, выделяющийся при протекании тока через электронагревательный элемент 9, подводится через теплопровод нагревателя (на чертеже не показан), анод 2 и контактирующие с ним диэлектрические шашки 5 к рабочим поверхностям шашек, обращенным к разрядному каналу 4.When using an electric heating element in the IPA (see Fig. 1), before applying voltage to the cathode 1 and anode 2, the working surfaces of the dielectric checkers 5 facing the discharge channel 4 are preheated. For this, the power supply unit 10 is switched on by the signal from the control system 11 , and an electric current is passed through an electric heating element 9 mounted on the anode 2. The heat flux generated during the flow of current through the electric heating element 9 is supplied through the heater’s heat conduit (not shown in the drawing), the anode 2 and the dielectric blocks 5 in contact with it, to the working surfaces of the blocks, facing the discharge channel 4.

Температура нагреваемых рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5 контролируется с помощью датчиков температуры (на чертеже не показаны), выходы которых подключены к входам системы управления 11. Нагрев производится до 100°С, после чего по сигналу системы управления 11 происходит отключение питания электронагревательного элемента 9 от блока питания 10. Выбор температуры, до которой производится предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5, определяется рабочим тепловым режимом ИПУ, при котором не происходит осаждение углеродосодержащих продуктов разложения рабочего вещества на относительно холодные элементы конструкции плазменного ускорителя и образование на них углеродной пленки. Такой рабочий тепловой режим зависит от химического состава рабочего вещества, поверхностных свойств и размеров диэлектрических шашек, размеров разрядного канала и параметров электропитания ИПУ.The temperature of the heated working surfaces of the dielectric checkers 5 is controlled using temperature sensors (not shown in the drawing), the outputs of which are connected to the inputs of the control system 11. Heating is performed up to 100 ° C, after which the power of the electric heating element 9 is disconnected from the unit by the signal from the control system 11 power supply 10. The choice of temperature to which the preheating of the working surfaces of the dielectric checkers 5 is carried out is determined by the operating thermal regime of the IPU at which precipitation does not occur ix carbonaceous degradation products of the working medium on relatively cold plasma accelerator construction elements and the formation of carbon film on them. Such a working thermal regime depends on the chemical composition of the working substance, the surface properties and dimensions of the dielectric checkers, the sizes of the discharge channel, and the power supply parameters of the ISP.

Следует отметить, что осаждение углерода на рабочие испаряемые поверхности диэлектрических шашек 5 обусловлено снижением объемной плотности энергии, выделяемой в процессе разряда конденсаторной батареи емкостного накопителя энергии 6, вследствие увеличения разрядного объема при постоянной величине подводимой энергии. С увеличением расстояния между диэлектрическими шашками 5, что обусловлено необходимостью увеличения скорости истечения плазменного потока и снижения расхода рабочего вещества, теплопередача от формируемого в разрядном канале плазменного сгустка к испаряемым поверхностям диэлектрических шашек значительно снижается. Учитывая, что плазменный сгусток формируется вдоль оси разрядного канала, лучистой энергии становится недостаточно для эффективного равномерного нагрева и последующего испарения рабочего вещества по всей рабочей поверхности диэлектрических шашек 5. Предварительный нагрев рабочих поверхностей до рабочего уровня температуры позволяет обеспечить последующее эффективное испарение рабочего вещества в течение импульса разряда емкостного накопителя энергии 6 и исключить осаждение углеродной пленки, препятствующей равномерному испарению рабочего вещества.It should be noted that the deposition of carbon on the working evaporated surface of the dielectric checkers 5 is due to a decrease in the volumetric energy density released during the discharge of the capacitor bank of the capacitive energy storage 6, due to an increase in the discharge volume at a constant value of the supplied energy. With an increase in the distance between the dielectric checkers 5, due to the need to increase the velocity of the plasma flow and reduce the consumption of the working substance, the heat transfer from the plasma bunch formed in the discharge channel to the evaporated surfaces of the dielectric checkers is significantly reduced. Considering that a plasma bunch is formed along the axis of the discharge channel, the radiant energy becomes insufficient for effective uniform heating and subsequent evaporation of the working substance over the entire working surface of the dielectric drafts 5. Preheating of the working surfaces to the working temperature level allows for subsequent effective evaporation of the working substance during the pulse discharge of a capacitive energy storage device 6 and eliminate the deposition of a carbon film that prevents uniform evaporation th working substance.

После завершения предварительного нагрева по сигналу системы управления 11 от емкостного накопителя энергии 6 на катод 1 и анод 2 подается разрядное напряжение, затем включается блок питания 8 и на электроды устройства 7 инициации разряда подается высоковольтный импульс напряжения, обеспечивающий зажигание электрического разряда. Генерируемый плазменный сгусток расширяется в разрядном канале 4 и замыкает межэлектродный промежуток, вследствие этого зажигается электрический разряд между катодом 1 и анодом 2.After completion of the pre-heating, the signal of the control system 11 from the capacitive energy storage device 6 gives a discharge voltage to the cathode 1 and anode 2, then the power supply unit 8 is turned on and a high-voltage voltage pulse is supplied to the electrodes of the discharge initiation device 7, which provides ignition of the electric discharge. The generated plasma bunch expands in the discharge channel 4 and closes the interelectrode gap; as a result, an electric discharge is ignited between the cathode 1 and anode 2.

Под действием излучения и конвекции из области электрического разряда (плазменного сгустка) происходит испарение (абляция) фторопласта с рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5. В разрядном канале 4 происходит частичная ионизация рабочего вещества и последующее ускорение плазменного сгустка электромагнитными силами и газодинамическим давлением. Истекающий из разрядного канала 4 плазменный поток создает реактивную тягу.Under the action of radiation and convection from the region of the electric discharge (plasma bunch), the fluoroplastic evaporates (ablates) from the working surfaces of the dielectric checkers 5. In the discharge channel 4, the working substance is partially ionized and the plasma bunch is subsequently accelerated by electromagnetic forces and gas-dynamic pressure. The plasma stream flowing from the discharge channel 4 creates reactive thrust.

После разряда емкостного накопителя энергии 6 прекращается подача напряжения на катод 1 и анод 2, заканчивается импульс разрядного напряжения и, соответственно, ускорение плазменного потока. Затем происходит заряд емкостного накопителя энергии 6 до рабочего уровня запасаемой энергии W=20Дж, подача разрядного напряжения на разрядные электроды и последующее зажигание электрического разряда между катодом 1 и анодом 2 с помощью устройства 7 инициации разряда. Процесс заряда-разряда емкостного накопителя энергии 6 и зажигания электрического разряда между разрядными электродами периодически повторяется, посредством чего организуется импульсный режим работы ИПУ.After the discharge of the capacitive energy storage device 6, the voltage supply to the cathode 1 and the anode 2 stops, the discharge voltage pulse and, accordingly, the acceleration of the plasma stream end. Then, the capacitive energy storage device 6 is charged to the working level of stored energy W = 20 J, the discharge voltage is applied to the discharge electrodes and the electric ignition is subsequently ignited between the cathode 1 and the anode 2 using the discharge initiation device 7. The process of charge-discharge of a capacitive energy storage device 6 and ignition of an electric discharge between the discharge electrodes is periodically repeated, whereby a pulsed mode of operation of the IPA is organized.

В процессе работы ИПУ осуществляется перемещение диэлектрических шашек 5 в разрядный канал 4 по мере испарения абляционного материала. Для этого диэлектрические шашки 5 установлены с возможностью перемещения в направлении к срединной линии разрядного канала. В качестве средств, обеспечивающих перемещение диэлектрических шашек 5, в рассматриваемом варианте конструкции плазменного ускорителя используются пружинные толкатели (на чертеже не показаны). Положение рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5 фиксируется с помощью выступа, выполненного на поверхности катода 1, который определяет расстояние между рабочими поверхностями шашек.In the process of the IPA, the dielectric checkers 5 are moved to the discharge channel 4 as the ablation material evaporates. For this, the dielectric checkers 5 are mounted with the possibility of movement towards the midline of the discharge channel. As means for moving the dielectric checkers 5, in the considered embodiment of the plasma accelerator design, spring pushers (not shown) are used. The position of the working surfaces of the dielectric checkers 5 is fixed using a protrusion made on the surface of the cathode 1, which determines the distance between the working surfaces of the checkers.

Следует отметить, что наряду с описанным могут использоваться и иные варианты реализации изобретения с использованием нагревательных элементов. Например, предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек может осуществляться с использованием электронагревательных элементов, установленных не только на аноде 2, но и на катоде 1, с его внешней стороны по отношению к разрядному каналу 4. Кроме того, могут использоваться электронагревательные элементы, контактирующие непосредственно с диэлектрическими шашками.It should be noted that, along with the described, other embodiments of the invention using heating elements can be used. For example, preheating of the working surfaces of dielectric checkers can be carried out using electric heating elements installed not only on the anode 2, but also on the cathode 1, from its outer side with respect to the discharge channel 4. In addition, electric heating elements in direct contact with dielectric checkers.

При использовании в составе ИПУ устройства 13 перемещения диэлектрических шашек (см. фиг.2, 3 и 4) предварительный нагрев рабочих поверхностей шашек осуществляется перед подачей напряжения на катод 1 и анод 2 следующим образом.When used in the IPA device 13 moving dielectric checkers (see figure 2, 3 and 4), the preliminary heating of the working surfaces of the checkers is carried out before applying voltage to the cathode 1 and anode 2 as follows.

В исходном рабочем положении диэлектрических шашек 5 перед включением ИПУ расстояние между рабочими поверхностями шашек устанавливается равным 12 мм. По сигналу системы управления 11 включается электропривод устройства 13, усилие с которого передается на механизм перемещения шашек. Диэлектрические шашки 5 сближаются до расстояния 6 мм между их рабочими поверхностями. Затем в полости 12 разделительного торцевого изолятора 3 зажигают и поддерживают вспомогательный электрический разряд с помощью устройства 7 инициации разряда. Для этого по сигналу системы управления 11 на электроды устройства 7 инициации разряда периодически подаются высоковольтные импульсы напряжения от блока 8.In the initial operating position of the dielectric checkers 5, before switching on the ISP, the distance between the working surfaces of the checkers is set to 12 mm. By the signal of the control system 11, the electric drive of the device 13 is turned on, the force from which is transmitted to the checker moving mechanism. Dielectric checkers 5 are brought together to a distance of 6 mm between their working surfaces. Then, in the cavity 12 of the separation end insulator 3, the auxiliary electric discharge is ignited and supported by the discharge initiation device 7. To do this, according to the signal of the control system 11, high voltage voltage pulses from block 8 are periodically applied to the electrodes of the discharge initiation device 7.

Под действием излучения и конвекции из области формирования вспомогательного электрического разряда происходит нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5. Зажигание вспомогательного электрического разряда происходит в полости 12 глубиной 5 мм. За счет этого формируется устойчивый плазменный сгусток вблизи рабочих поверхностей диэлектрических шашек.Under the action of radiation and convection from the area of formation of the auxiliary electric discharge, the working surfaces of the dielectric checkers 5 are heated. The auxiliary electric discharge is ignited in the cavity 12 with a depth of 5 mm. Due to this, a stable plasma clot is formed near the working surfaces of the dielectric checkers.

Уровень температуры диэлектрических шашек 5 измеряется с помощью датчиков температуры, выходы которых соединены с входами системы управления 11. После достижения уровня температуры 70÷80°С, который в рассматриваемом примере реализации изобретения соответствует рабочему тепловому режиму ИПУ, по сигналу системы управления 11 происходит включение устройства 13 перемещения диэлектрических шашек. С помощью механизма перемещения шашки удаляются друг от друга до достижения исходного рабочего положения, при котором расстояние между рабочими поверхностями шашек составляет 12 мм. После этого емкостный накопитель энергии 6 подключается к катоду 1 и аноду 2, и на разрядные электроды подается рабочее напряжение, величина которого составляет не менее 1000 В.The temperature level of the dielectric checkers 5 is measured using temperature sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the control system 11. After reaching a temperature level of 70 ÷ 80 ° C, which in the considered example of the invention corresponds to the operating thermal mode of the control unit, the device is switched on by the signal of the control system 11 13 moving dielectric checkers. Using the movement mechanism, the pieces are removed from each other until the initial working position is reached, at which the distance between the working surfaces of the pieces is 12 mm. After that, a capacitive energy storage device 6 is connected to the cathode 1 and anode 2, and an operating voltage of at least 1000 V is supplied to the discharge electrodes.

За счет последующего зажигания электрического разряда в углублении 12 разделительного торцевого изолятора 3 между противоположно расположенными плоскими разрядными электродами (катодом 1 и анодом 2) формируется плазменный сгусток, замыкающий межэлектродный промежуток, и в разрядном канале 4 зажигается основной электрический разряд.Due to the subsequent ignition of the electric discharge in the recess 12 of the end-face insulator 3 between the oppositely arranged flat discharge electrodes (cathode 1 and anode 2), a plasma bunch is formed that closes the interelectrode gap, and the main electric discharge is ignited in the discharge channel 4.

Следует отметить, что в данном примере реализации изобретения устройство 7 инициации разряда используется как для зажигания вспомогательного разряда, так и для зажигания и поддержания основного электрического разряда в разрядном канале 4.It should be noted that in this example implementation of the invention, the device for initiating the discharge is used both for ignition of the auxiliary discharge, and for ignition and maintenance of the main electric discharge in the discharge channel 4.

В результате периодического режима разряда-заряда емкостного накопителя энергии 6 в разрядном канале 4 поддерживаются импульсные разряды. Под действием излучения и конвекции из области электрического разряда (плазменного сгустка) происходит испарение (абляция) фторопласта с рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5. В разрядном канале 4 рабочее вещество частично ионизируется и ускоряется электромагнитными силами и газодинамическим давлением в форме направленного плазменного потока.As a result of the periodic discharge-charge mode of the capacitive energy storage device 6, pulse discharges are supported in the discharge channel 4. Under the influence of radiation and convection from the region of an electric discharge (plasma bunch), the fluoroplastic evaporates (ablates) from the working surfaces of dielectric checkers 5. In the discharge channel 4, the working substance is partially ionized and accelerated by electromagnetic forces and gas-dynamic pressure in the form of a directed plasma flow.

Как и в первом примере реализации изобретения, предварительный нагрев рабочих поверхностей диэлектрических шашек 5 до рабочего уровня температуры позволяет обеспечить последующее эффективное испарение рабочего вещества в течение импульса разряда емкостного накопителя энергии 6 и исключить осаждение углеродной пленки, препятствующей равномерному испарению абляционного материала. Вследствие этого повышается стабильность тяговых характеристик ИПУ, повышается его надежность, а также увеличивается тяга и ресурс плазменного ускорителя.As in the first example of the invention, the preliminary heating of the working surfaces of the dielectric checkers 5 to the operating temperature level allows for the subsequent effective evaporation of the working substance during the discharge pulse of the capacitive energy storage 6 and to prevent the deposition of a carbon film that prevents the uniform evaporation of the ablation material. As a result, the stability of the traction characteristics of the IPA increases, its reliability increases, and the thrust and resource of the plasma accelerator also increase.

Описанные выше примеры реализации изобретения относятся к двум вариантам выполнения средств предварительного нагрева рабочих поверхностей диэлектрических шашек, однако это не исключает возможности применения иных средств предварительного нагрева, которые выбираются в зависимости от конкретных условий и задач, решаемых с помощью ИПУ.The above-described examples of the invention relate to two variants of the execution of means for preheating the working surfaces of dielectric blocks, however, this does not exclude the possibility of using other means of preheating, which are selected depending on specific conditions and tasks solved by means of ISPs.

Способ работы ИПУ может найти применение в различных областях техники. Изобретение может использоваться в электрореактивных двигательных установках космических летательных аппаратов при осуществлении различного рода экспериментов в космическом пространстве, а также в технологических процессах: для обработки поверхности изделий, напыления покрытий и получения новых композиционных материалов. Другим важным направлением использования изобретения является проведение наземных экспериментальных исследований и испытаний новых образцов техники путем имитации воздействия высокоскоростных плазменных потоков на исследуемые объекты.The method of operation of IPA can find application in various fields of technology. The invention can be used in electric propulsion systems of spacecraft in the implementation of various kinds of experiments in outer space, as well as in technological processes: for surface treatment of products, spraying coatings and obtain new composite materials. Another important area of use of the invention is to conduct ground-based experimental research and testing of new equipment by simulating the effects of high-speed plasma flows on the objects under study.

Перечень цифровых и сокращенных буквенных обозначений структурных элементов ИПУ, изображенных на чертеже.The list of digital and abbreviated letter designations of the structural elements of the IPU depicted in the drawing.

1 - катод;1 - cathode;

2 - анод;2 - anode;

3 - разделительный торцевой изолятор;3 - separation end insulator;

4 - разрядный канал;4 - bit channel;

5 - диэлектрические шашки;5 - dielectric checkers;

6 - емкостный накопитель энергии (ЕНЭ);6 - capacitive energy storage (ENE);

7 - устройство инициации разряда;7 - a device for initiating a discharge;

8 - блок питания устройства инициации разряда (БПУ);8 - power supply unit for initiating a discharge (BPU);

9 - электронагревательный элемент (ЕНЭ);9 - electric heating element (CES);

10 - блок питания нагревателя (БПН);10 - heater power supply unit (BPN);

11 - система управления (СУ);11 - control system (SU);

12 - полость в разделительном торцевом изоляторе 3;12 - a cavity in the separation end insulator 3;

13 - устройство перемещения диэлектрических шашек (УПШ);13 - a device for moving dielectric checkers (USB);

14 - блок питания устройства перемещения диэлектрических шашек (БПП).14 - power supply unit for moving dielectric checkers (BPP).

Claims

1. The method of operation of a pulsed plasma accelerator, including applying voltage from the energy storage device to the discharge electrodes, between which a separation end insulator and dielectric checkers made of ablative material are installed, periodically igniting an electric discharge between the discharge electrodes forming the discharge channel of the pulse plasma accelerator, and moving dielectric checkers into the discharge channel as the ablation material evaporates from the surfaces of the dielectric checkers, distinguishing Ensure that before applying voltage to the discharge electrodes, preliminary heating of the surfaces of the dielectric checkers facing the discharge channel is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary heating of the surfaces of the dielectric checkers is carried out using at least one electric heating element placed on the discharge electrode from the outside with respect to the discharge channel and forming thermal contact with the surface of the discharge electrode.

3. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary heating of the surfaces of the dielectric checkers is carried out using electric heating elements forming thermal contact with the dielectric checkers.

4. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary heating of the surfaces of the dielectric checkers is carried out using a device for moving the dielectric checkers, while before applying voltage to the discharge electrodes and igniting an electric discharge between them, the dielectric checkers are brought together, then they are lit and the auxiliary electric is supported discharge at the surfaces of dielectric checkers, after the preheating is completed, the dielectric checkers are moved to their original working position, for example pressure on the discharge electrodes and periodically ignite an electric discharge between the discharge electrodes.

5. The method according to claim 4, characterized in that the approach of the dielectric checkers is carried out at a distance between their surfaces of at least 6 mm, while the initial working position of the dielectric checkers is set in the range of distances between their surfaces from 10 mm to 20 mm.

6. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary heating of the surfaces of the dielectric checkers is carried out to a temperature selected in the range from 70 ° C to 200 ° C.

7. The method according to claim 1, characterized in that the ignition of the electric discharge is carried out using a device for initiating a discharge placed in a recess made in the separation end insulator.

8. The method according to claim 7, characterized in that they use a separation end insulator made of ceramic material, while the depth of the recess is chosen at least 3 mm

9. The method according to claim 1, characterized in that use two flat discharge electrodes forming the discharge channel of a pulsed plasma accelerator.