RU2508473C1 - Device to feed dusty working medium into electric rocket engine - Google Patents
Device to feed dusty working medium into electric rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2508473C1 RU2508473C1 RU2012139931/06A RU2012139931A RU2508473C1 RU 2508473 C1 RU2508473 C1 RU 2508473C1 RU 2012139931/06 A RU2012139931/06 A RU 2012139931/06A RU 2012139931 A RU2012139931 A RU 2012139931A RU 2508473 C1 RU2508473 C1 RU 2508473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pos
- capsule
- working fluid
- pusher
- store
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Non-Mechanical Conveyors (AREA)
Abstract
Description
Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель относится к области электрических ракетных двигателей (ЭРД), в которых в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки космического летательного аппарата и использующих силу реакции струи рабочего тела ускоренного в электрическом и(или) магнитном полях, а именно к ЭРД, которые используют пыль в качестве рабочего тела для создания тяги.A device for supplying a dusty working fluid to an electric rocket engine belongs to the field of electric rocket engines (ERE), in which the electric energy of an onboard power plant of a spacecraft and using the reaction force of a working fluid accelerated in an electric and (or) is used as a source of energy for creating thrust magnetic fields, namely to electric propulsion, which use dust as a working fluid to create traction.
В настоящее время мировая космонавтика стоит на пороге освоения и колонизации нашего ближайшего естественного спутника - Луны. Существующие ракетные системы на химическом топливе хорошо отработаны и успешно справляются с доставкой на земную орбиту различных космических грузов. Но использование ракетных двигателей на химическом топливе неприемлемо по экономическим соображениям для освоения Луны ввиду малой скорости истечения рабочего тела. Что, согласно формуле Циолковского о конечной скорости ракеты, обеспечивает чрезвычайно малый процент массы, которую может доставить ракета на химическом топливе с Земли на Луну, и соответственно высокую стоимость доставки грузов. Существуют электрические ракетные двигатели (ЭРД), имеющие высокую скорость истечения, но они могут работать в вакууме или в сильно разреженной среде. Очевидно, наиболее перспективным в ближайшем времени способом доставки грузов с Земли на Луну является вначале доставка грузов с Земли на околоземную орбиту ракетами на химическом топливе, а затем с помощью космических летательных аппаратов (КЛА) с электроракетными двигателями дальше на Луну. Для таких ЭРД необходимо иметь источник электрической энергии и рабочее тело на борту КЛА. В качестве источника электрической энергии может использоваться ядерный реактор, позволяющий обеспечить ЭРД достаточной энергией на длительный период времени. Доставка рабочего тела на КЛА с Земли экономически невыгодно, выгодней его забирать с Луны, так как космический летательный аппарат с ЭРД может самостоятельно легко прилуняться и взлетать из-за фактического отсутствия атмосферы на Луне и ее малой гравитации. Известны ЭРД использующие разнообразные рабочие тела: низкомолекулярные или легко диссоциирующие газы и жидкости; щелочные или тяжелые, легко испаряющиеся металлы, а также органические жидкости; различные газы и твердые вещества. В источнике [1] описан коллоидный ЭРД в котором рабочее тело разгоняется в виде положительно заряженных микроскопических, размером в доли мкм ("коллоидных"), частиц (капель, пылинок и т.д.), которые по размерам и массе на 4-6 порядков превышают ионы. Наиболее легко добываемым веществом, которое без особых затрат может быть добыто на поверхности Луны и использоваться в качестве рабочего тела для ЭРД является лунная пыль.Currently, world space is on the verge of developing and colonizing our closest natural satellite - the Moon. Existing chemical fuel rocket systems are well-developed and successfully cope with the delivery of various space cargoes to Earth orbit. But the use of rocket engines using chemical fuel is unacceptable for economic reasons for the exploration of the moon due to the low velocity of the expiration of the working fluid. Which, according to Tsiolkovsky’s formula about the final velocity of the rocket, provides an extremely small percentage of the mass that a chemical-fuel rocket can deliver from Earth to the Moon, and therefore a high cost of cargo delivery. There are electric rocket engines (ERE) that have a high flow rate, but they can work in a vacuum or in a very rarefied environment. Obviously, the most promising method of delivering cargo from Earth to the Moon in the near future is first delivering cargo from Earth to Earth orbit with chemical fuel rockets, and then using spacecraft (SC) with electric rocket engines further to the Moon. For such electric propulsion it is necessary to have a source of electrical energy and a working fluid on board the spacecraft. A nuclear reactor can be used as a source of electrical energy, which allows to provide electric propulsion with sufficient energy for a long period of time. It is economically unprofitable to deliver a working fluid to a spacecraft from the Earth, it is more profitable to take it from the moon, since a spacecraft with an electric propulsion can easily hover and take off due to the actual absence of atmosphere on the moon and its low gravity. ERDs are known that use a variety of working fluids: low molecular weight or easily dissociating gases and liquids; alkaline or heavy, easily evaporating metals, as well as organic liquids; various gases and solids. The source [1] describes a colloidal ERD in which the working fluid is accelerated in the form of positively charged microscopic particles of microns ("colloidal") in size (droplets, dust particles, etc.), which are 4-6 in size and weight orders of magnitude exceed ions. The most easily mined substance, which can be mined on the surface of the Moon and used as a working fluid for ERE, is moon dust.
Известны аналоги: «Wick injection of liquids for colloidal propulsion» US 2003209005 (A1); МПК В05В 5/025, B64G 1/40, F02K 9/44, F02K 99/00, F03H 1/00, F03H 99/00, (IPC1-7): F03H 1/00; ECLA B05B 5/025 A, B64G 1/40 B, B64G 1/40 D, F02K 11/00, F02K 9/44, F03H 1/00 D2, опубл. 13.11.2003 и «Wick injection of colloidal fluids for satellite propulsion» US 2004226279 (A1); МПК F02K 9/52, F02K 9/72, F03H 1/00, (IPC1-7): F03H 1/00; ECLA F02K 9/52, F02K 9/72, F03H 1/00 D2, опубл. 18.11.2004, в которых используется жидкое рабочее тело, подаваемое в ЭРД через фитиль благодаря капиллярным силам смачивания жидкости. В другом аналоге «Iodine electric propulsion thrusters» US 6609363 (B1); МПК F03H 1/00; (IPC1-7): F03H 1/00, ECLA F03H 1/00 D2, опубл. 26.08.2003, в качестве рабочего тела используется йод, который хранится в кристаллической форме и затем преобразуется в газообразный и далее используется в ЭРД. Данные аналоги имеют недостатки, заключающиеся в том, что жидкость и кристаллический йод на Луне добыть в больших количествах пока нет возможности и, следовательно, их необходимо доставлять с Земли, что экономически дорого и значит использовать такие ЭРД в качестве основных тяговых двигателей КЛА также не выгодно.Known analogues: "Wick injection of liquids for colloidal propulsion" US 2003209005 (A1); IPC
Другим аналогом к заявляемому устройству, который может быть принят в качестве прототипа, является патент «Ускорительная система и метод ускорения частиц (Accelerator system and method of accelerating particles)» US 7773362 (B1), МПК B05B 5/053, ECLA F03H 1/00 D2, опубл. 10.08.2010, в котором описаны многообразные варианты устройств и способы ускорения пыли с помощью электрических и магнитных полей для создания силы тяги космического летательного аппарата. В данном изобретении пылеобразное рабочее тело поставляется в разрядную камеру ускорителя активным или пассивным способом. Под активным введением частиц пыли понимается любой известный метод механического введения, например, с помощью вентилятора. Пассивное введение может быть достигнуто за счет формирования заряда на частицах пыли, когда они находятся в резервуаре источника, а затем изгнание их из резервуара источника силами их взаимного отталкивания или индуцированными. По-другому можно сказать, что пылевые частицы выводятся из резервуара, в котором они содержатся либо механическим путем, либо электромагнитным. К числу известных механических способов подачи пылеобразного рабочего тела относятся использование шнеков(винтов), ленточных(скребковых) конвейеров, пневматического способа. На самом деле в рассматриваемом изобретении питание ускорителя пылеобразным рабочим телом является самым узким местом. Проблема заключается в следующем. В рассматриваемом прототипе и в предлагаемом изобретении основным наиболее выгодным направлением их применения является использование в качестве рабочего тела лунной пыли. Известно, что лунная пыль хорошо электризуется и при этом склонна к слипанию и по-видимому не только благодаря электростатическим силам притяжения, но и благодаря Ван-дер-Ваальсовым силам взаимного притяжения молекул пыли, что особенно усугубляется в условиях вакуума, где нет воздуха, а, следовательно, и воздушной прослойки между частичками пыли. Со свойствами лунной пыли американские астронавты столкнулись во время лунных экспедиций Аполлонов. Они обнаружили, что лунная пыль неожиданно превратилась для них в серьезную проблему. Она не только оказалась настолько абразивной, что частично проникала через наружные перчатки космического скафандра, но также прилипала ко всему. Чем больше они старались отряхнуть ее, тем больше она забивалась в ткань скафандра. Частично лунная пыль обязана своим прочным прилипанием острым, неровным краям отдельных крупинок пыли, сформировавшихся за миллионы лет метеоритных ударов и отсутствию водной и атмосферной эрозии. Заостренные края этих крупинок были словно зацепки, которые цеплялись за различные предметы подобно микроскопическим заусенцам. Таким образом, если для перемещения частичек лунной пыли в вакууме использовать механические системы, которые при трении о пыль (что неизбежно) дополнительно ее электризуют, что приведет к ее налипанию на части механизма, то скорей всего это приведет к их торможению и заклиниванию, а вследствие высоких абразивных свойств пыли к интенсивному износу частей механизма. Если для введения в ЭРД частичек пыли использовать электромагнитные силы, то здесь возникают другие проблемы. Заключаются они в том, что размеры сечения, через которые рабочее тело подается в ЭРД, не должны превышать, а точнее должны быть меньше размеров ускоряющих электродов. А поскольку пыль не обладает текучими свойствами, как жидкость или газ, поперечное сечение резервуара по всей его длине, в котором она хранится, не должно сильно отличаться от размера его выходного сечения. При малых объемах рабочего тела, например при использовании ЭРД в качестве ЭРД управления, это вполне приемлемо. Но при использовании лунной пыли в основных (маршевых) разгонных ЭРД необходимо на борту КЛА с полезным грузом около 10-30 тонн иметь как минимум 5-10 тонн частичек пыли. Тогда получается, что размеры ЭРД сильно увеличатся. При этом нужно обратить внимание на то обстоятельство, что при использовании электромагнитных сил для введения частичек пыли в ЭРД затруднена возможность оперативно регулировать тягу двигателя. К тому же при этом способе тяга ЭРД будет зависеть от заряда частичек пыли и потенциала на электродах, и следовательно для уменьшения тяги двигателя необходимо уменьшать заряды частичек пыли и(или) электродов, что приведет к падению скорости ускоряемых частичек и неэффективному их использованию.Another analogue to the claimed device, which can be adopted as a prototype, is the patent "Accelerator system and method of accelerating particles (Accelerator system and method of accelerating particles)" US 7773362 (B1), IPC
Задачей данного изобретения является создание надежной системы питания ЭРД пылеобразным рабочим телом для создания высоких тяговых усилий и обеспечения эффективной управляемости ЭРД КЛА. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель пылеобразное рабочее тело хранится в одном или большем числе капсул, размещенных в магазине, а механизм для перемещения пылеобразного рабочего тела выполнен таким образом, что он имеет возможность вынимать капсулу из ячейки магазина и задвигать капсулу в ускоряющее пространство электроракетного двигателя и выдвигать капсулу обратно из ускоряющего пространства электроракетного двигателя. При этом капсула для хранения пылеобразного рабочего тела имеет обечайку из диэлектрического материала, донышко и быстросъемную крышку, которая имеет возможность сбрасываться вблизи первого, по ходу перемещения пылеобразного рабочего тела, ускоряющего электрода электроракетного двигателя. В данном устройстве пылеобразное рабочее тело (или просто рабочее тело) заранее, при подготовке КЛА к полету, упаковано в отдельные капсулы, а сами капсулы размещены и ориентированы в ячейках магазина таким образом, чтобы обеспечить срабатывание механизма для перемещения рабочего тела. Основными конструктивными элементами капсулы являются диэлектрическая обечайка (боковая поверхность капсулы) из диэлектрического материала без покрытия из проводника, быстросъемная крышка и донышко. Диэлектрическая обечайка имеет прочное соединение с донышком и при работе предлагаемого устройства они не разъединяются между собой в отличие от быстросъемной крышки. Быстросъемная крышка капсулы устроена таким образом, что имеет возможность сбрасываться, т.е. отсоединяться от диэлектрической обечайки вблизи первого, по ходу перемещения рабочего тела, ускоряющего электрода электроракетного двигателя. В ЭРД, согласно источнику [1] и прототипу, могут быть два или один ускоряющих электрода. Здесь первым считается ускоряющий электрод, который располагается в начале (по ходу движения рабочего тела) ускоряющего пространства ЭРД и оказывает отталкивающее действие на частички пыли рабочего тела. Второй ускоряющий электрод располагается в конце ускоряющего пространства, т.е. на выходе рабочего тела из ЭРД и оказывает притягивающее действие на частички пыли рабочего тела. Под ускоряющим пространством ЭРД понимается область между двумя ускоряющими электродами (при наличии первого и второго ускоряющего электрода) или область в близи одного электрода (при наличии в ЭРД только одного ускоряющего электрода), в которых происходит активное ускорение рабочего тела в ЭРД. Понятно, чтобы частицы пыли могли свободно ускоряться в ускоряющем пространстве электродов ЭРД, сброс быстросъемной крышки должен осуществляться вблизи первого ускоряющего электрода. В предлагаемом устройстве быстросъемная крышка отбрасывается в сторону известным способом. Например, отбрасывание крышки может производиться путем срабатывания пиропатрона либо путем предварительного фиксирования крышки защелкой или фиксатором на капсуле с предварительным поджатием упругого элемента (например, пружины) с последующим срабатыванием защелки или убиранием фиксатора в близи первого ускоряющего электрода ЭРД. Сигнал или команда на сброс крышки может поступать дистанционно от командного центра (КЦ) либо происходить автоматически при механическом касании защелкой или фиксатором упора, установленного в нужном месте. В каждой ячейке магазина может иметься фиксатор, который четко фиксирует положение капсулы в ячейке. Такой фиксатор может располагаться и на самой капсуле. Эти фиксаторы могут представлять собой защелку по типу дверных защелок с пружиной для преодоления, для которых необходимо определенной величины силовое воздействие отжима защелки либо управляемый фиксатор, который может выдвигаться и задвигаться дистанционно по команде командного центра (КЦ). Сам фиксирующий элемент при фиксации заходит в паз или выточку в контактирующей детали (в капсуле или в ячейке). Фиксация может происходить и благодаря неконтактному электромагнитному воздействию, т.е. посредством действия электромагнитных сил. Диэлектрическая обечайка выполняется из любого диэлектрического материала, так как благодаря свойствам диэлектрического материала при воздействии на капсулу внешнего электрического, магнитного или электростатического поля это поле может воздействовать на заряженные частички пыли, которые находятся внутри капсулы. Донышко капсулы может иметь на своей внешней поверхности конструктивный элемент (например, зацеп или выточку) для того, чтобы можно было захватить капсулу с помощью механизма для перемещения рабочего тела. Магазин может быть подвижным или не подвижным относительно ускоряющих электродов ЭРД, т.е. может иметь свой привод или не иметь. В случае, когда у магазина нет привода, механизм для перемещения рабочего тела сам выбирает нужные капсулы из ячеек магазина. Если же у магазина имеется привод, то его работа согласовывается с работой механизма для перемещения рабочего тела. Подвижные магазины могут быть такими. Магазин может быть револьверного типа, когда он имеет ось вращения, а ячейки расположены по кругу на одном радиусе относительно оси вращения магазина. Поворот такого магазина может производиться от любого двигателя с выходным вращающимся валом непосредственно или через редуктор. Магазин может быть линейного типа, когда ячейки в нем расположены на одной линии. В этом случае смещение магазина может осуществляться посредством любой известной линейной передачи, например винтовой, прямой зубчатой рейки, гидроцилиндра, пневмоцилиндра, передачи лебедочного типа и т.д., которые в свою очередь приводятся в движение через редукторы, насосы, компрессоры и т.д. Магазин может быть двух координатным, в котором ячейки расположены рядами в прямом и перпендикулярном направлениях или подобно ячейкам в пчелиных сотах. В этом случае привод может осуществляться двумя независимыми (отдельными) линейными приводами, описанными выше при описании привода линейного типа. Магазин может быть и цепного типа, в котором ячейки капсул соединены между собой подобно звеньям пластинчатой цепи и, соединяясь друг с другом, образуют цепь конечной длины или бесконечную (замкнутую) цепь, а привод цепи осуществляется от любого двигателя с выходным вращающимся валом непосредственно или через редуктор. Магазин может быть выполнен в одном из смешанных вариантах с использованием одновременно нескольких типов, описанных выше. Например, магазин револьверного типа имеет возможность с помощью дополнительного привода менять положение своей оси вращения и иметь при этом не один ряд ячеек, а несколько расположенных по окружности относительно оси вращения магазина на разных радиусах от него. Привод магазина работает таким образом, что при каждом очередном срабатывании смещает ячейки по порядку на один шаг и положение последующей ячейки точно совпадает с положением предыдущей ячейки. Смещение ячеек магазина из одного положения в другое может осуществляться с помощью любого известного механизма (например, мальтийского механизма), которое может обеспечить такое пошаговое смещение ячеек или автоматически как это делается в автоматическом огнестрельном оружии. Либо это смещение ячеек магазина может производиться по команде командного центра (КЦ). Механизм для перемещения пылеобразного рабочего тела (или просто механизм для перемещения рабочего тела) с помощью захвата или зацепа захватывает капсулу за донную часть капсулы (донышко) или диэлектрическую обечайку и вынимает капсулу из ячейки магазина, а затем вдвигает капсулу в ускоряющее пространство ЭРД. Причем собственная ось капсулы, которая представляет собой ось, проходящую через центры масс внутренних поперечных сечений диэлектрической обечайки, должна быть как можно ближе к соосному положению с осью ЭРД. Под осью ЭРД понимается ось симметрии ускоряющих электродов или ускоряющего электрода (если в ЭРД только один ускоряющий электрод). Ось ЭРД совпадает обычно с вектором равнодействующей реактивной силы, воздействующей со стороны рабочего тела на ЭРД. После опустошения капсулы или для остановки работы ЭРД механизм для перемещения рабочего тела задвигает капсулу обратно, т.е. в направление обратное истечению рабочего тела из ЭРД. Управление предлагаемым устройством может осуществляться по командам командного центра (КЦ). Командным центром может быть оператор управляющий устройством в ручном режиме по показаниям датчиков и(или) приборов контроля. При этом оператор следит за показаниями датчиков и(или) приборов и подает команды на включение (отключение), изменение направления, изменение скорости движения элементов предлагаемого устройства (магазин, части механизма для перемещения рабочего тела, фиксаторов капсулы в магазине, фиксаторов быстросъемной крышки и т.д.). Командным центром может быть автоматическое устройство (контроллер) и(или) программируемое устройство (компьютер, процессор) следящее за движениями элементов предлагаемого устройства с помощью датчиков. По показаниям этих датчиков КЦ выдает команды на соответствующие приводы. В этом случае автоматическое или программируемое устройство согласно заложенного в нем алгоритма (программы) дает команды по включению и отключению того или иного элемента предлагаемого устройства (магазин, части механизма для перемещения рабочего тела, фиксаторов капсулы в магазине, фиксаторов быстросъемной крышки и т.д.) по сигналам от датчиков. При этом могут применяться управления приводами с обратной связью для задания им более точного движения. Возможны смешанные варианты управления. Подобные КЦ применяются в современных станках (обрабатывающих центрах) с числовым программным управлением, осуществляющих и контролирующих перемещение инструмента и деталей с помощью датчиков. Данные станки могут совершать различные технологические операции с деталью, применяя самостоятельно различные режимы резания (обработки) и различные инструменты, которые размещены в магазине станка.The objective of the invention is the creation of a reliable power supply for electric propulsion by a dusty working fluid to create high traction forces and ensure effective controllability of electric propulsion of an electric propulsion system. The problem is solved in that in a device for supplying a dusty working fluid to an electric rocket engine, the dusty working fluid is stored in one or more capsules placed in the store, and the mechanism for moving the dusty working fluid is made in such a way that it has the ability to remove the capsule from the cell store and slide the capsule into the accelerating space of the electric rocket engine and push the capsule back out of the accelerating space of the electric rocket engine. In this case, the capsule for storing a dusty working fluid has a shell of dielectric material, a bottom and a quick-release lid, which has the ability to be dumped near the first, along the moving dusty working fluid, accelerating electrode of an electric rocket engine. In this device, the dust-like working fluid (or simply the working fluid) is packaged in separate capsules in advance when preparing the spacecraft for flight, and the capsules themselves are placed and oriented in the cells of the store in such a way as to ensure the operation of the mechanism for moving the working fluid. The main structural elements of the capsule are a dielectric shell (lateral surface of the capsule) of dielectric material without a coating of a conductor, a quick-detachable lid and a bottom. The dielectric shell has a strong connection with the bottom and during operation of the proposed device they do not disconnect among themselves, unlike the quick-release cover. The quick-release capsule lid is designed in such a way that it can be reset, i.e. disconnect from the dielectric shell near the first, along the movement of the working fluid, the accelerating electrode of the electric rocket engine. In an electric propulsion, according to the source [1] and prototype, there can be two or one accelerating electrodes. Here, the accelerating electrode is considered to be the first, which is located at the beginning (in the direction of movement of the working fluid) of the accelerating space of the electric propulsion system and has a repulsive effect on dust particles of the working fluid. The second accelerating electrode is located at the end of the accelerating space, i.e. at the outlet of the working fluid from the electric propulsion and has an attractive effect on dust particles of the working fluid. By the accelerating space of the ERE is meant the region between two accelerating electrodes (in the presence of the first and second accelerating electrodes) or a region near one electrode (in the presence in the ERE of only one accelerating electrode), in which the active acceleration of the working fluid in the ERE occurs. It is clear that dust particles could be freely accelerated in the accelerating space of the electric propulsion electrodes, the quick-release cover should be reset near the first accelerating electrode. In the proposed device, the quick-release lid is thrown aside in a known manner. For example, the lid can be thrown by triggering the igniter or by pre-fixing the latch with a latch or a latch on the capsule with preliminary pressing of an elastic element (for example, a spring) followed by latching or by removing the latch in the vicinity of the first accelerating ERE electrode. A signal or a command to reset the cover can come remotely from the command center (KC) or occur automatically when mechanically touched by a latch or stop latch installed in the right place. Each cell in the store may have a latch that clearly captures the position of the capsule in the cell. Such a latch can also be located on the capsule itself. These latches can be a latch similar to door latches with a spring for overcoming, which require a certain amount of force by pressing the latch or a controlled latch that can be retracted and retracted remotely by the command of the command center (CC). When fixing, the locking element itself enters the groove or undercut in the contacting part (in the capsule or in the cell). Fixation can also occur due to non-contact electromagnetic effects, i.e. through the action of electromagnetic forces. The dielectric shell is made of any dielectric material, since due to the properties of the dielectric material when an external electric, magnetic or electrostatic field is applied to the capsule, this field can affect charged dust particles that are inside the capsule. The bottom of the capsule may have a structural element (for example, a hook or undercut) on its outer surface so that the capsule can be gripped by a mechanism for moving the working fluid. The magazine may be movable or not movable relative to the accelerating electrodes of the electric propulsion, i.e. may or may not have its own drive. In the case when the store does not have a drive, the mechanism for moving the working fluid itself selects the necessary capsules from the cells of the store. If the store has a drive, then its work is coordinated with the work of the mechanism for moving the working fluid. Mobile shops can be like that. The magazine can be of a revolving type when it has an axis of rotation, and the cells are arranged in a circle on the same radius relative to the axis of rotation of the magazine. The rotation of such a store can be made from any engine with an output rotating shaft directly or through a gearbox. The store can be of a linear type when the cells in it are located on the same line. In this case, the magazine can be displaced by any known linear gear, for example a helical gear, a direct gear rack, a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, a winch type gear, etc., which, in turn, are driven through gearboxes, pumps, compressors, etc. . The store can be two coordinate, in which the cells are arranged in rows in the forward and perpendicular directions, or like cells in a honeycomb. In this case, the drive can be carried out by two independent (separate) linear drives described above in the description of the linear type drive. The store can be of a chain type, in which the capsule cells are interconnected like links of a plate chain and, connecting with each other, form a chain of finite length or an endless (closed) chain, and the chain is driven from any engine with an output rotating shaft directly or through gearbox. The store can be made in one of the mixed variants using several types simultaneously described above. For example, a magazine of a revolving type has the ability to change the position of its axis of rotation with an additional drive and have not one row of cells, but several located around a circle relative to the axis of rotation of the magazine at different radii from it. The store’s drive works in such a way that with each successive operation it shifts the cells in order by one step and the position of the next cell exactly coincides with the position of the previous cell. The shift of the store cells from one position to another can be carried out using any known mechanism (for example, the Maltese mechanism), which can provide such a step-by-step shift of the cells or automatically as is done in automatic firearms. Or this shift of the store cells can be done at the command of the command center (KC). A mechanism for moving a dusty working fluid (or simply a mechanism for moving a working fluid) by means of a gripper or hook captures the capsule by the bottom of the capsule (bottom) or dielectric shell and removes the capsule from the magazine cell, and then slides the capsule into the accelerating space of the ERE. Moreover, the intrinsic axis of the capsule, which is the axis passing through the centers of mass of the internal cross sections of the dielectric shell, should be as close as possible to the coaxial position with the axis of the electric propulsion. The axis of the electric propulsion system is understood as the axis of symmetry of the accelerating electrodes or the accelerating electrode (if there is only one accelerating electrode in the electric propulsion system). The axis of the ERE usually coincides with the vector of the resultant reactive force acting on the ERE from the side of the working fluid. After emptying the capsule or to stop the operation of the electric propulsion, the mechanism for moving the working fluid pushes the capsule back, i.e. in the direction opposite to the expiration of the working fluid from the electric propulsion. Management of the proposed device can be carried out by commands of the command center (KC). The command center can be the operator controlling the device in manual mode according to the readings of sensors and (or) monitoring devices. At the same time, the operator monitors the readings of sensors and (or) devices and gives commands to turn on (off), change direction, change the speed of the elements of the proposed device (magazine, parts of the mechanism for moving the working fluid, capsule latches in the magazine, quick-release lid latches, etc.) .d.). The command center can be an automatic device (controller) and / or a programmable device (computer, processor) monitoring the movements of elements of the proposed device using sensors. According to the readings of these sensors, the control center issues commands to the corresponding drives. In this case, an automatic or programmable device, according to the algorithm (program) laid down in it, gives commands to turn on or turn off one or another element of the proposed device (magazine, parts of the mechanism for moving the working fluid, capsule latches in the magazine, quick-release lid latches, etc. ) by signals from sensors. In this case, feedback drive controls can be used to give them more precise movement. Mixed control options are possible. Such CCs are used in modern numerically controlled machines (machining centers) that carry out and control the movement of tools and parts using sensors. These machines can perform various technological operations with the part, using independently various cutting (processing) modes and various tools that are located in the machine shop.
Здесь необходимо отметить, что зарядка пыли может производиться непосредственно у первого электрода, как это описано в одном из вариантов прототипа, либо при нахождении капсул в магазине через проводники в донышках капсул с подачей электрического потенциала через отдельный проводник. А также при подаче электрического потенциала через механизм перемещения рабочего тела при контакте с донышком капсулы. Зарядка пыли, по крайней мере, частичная, может производиться и при набивке капсулы пылью или после набивки до размещения в магазине.It should be noted here that dust can be charged directly at the first electrode, as described in one of the prototype variants, or when capsules are in the store through conductors in the caps bottoms with an electric potential supplied through a separate conductor. And also when applying electric potential through the mechanism of movement of the working fluid in contact with the bottom of the capsule. At least partial charging of dust can also be done by stuffing the capsule with dust or after stuffing before being placed in the store.
Хранение пылеобразного рабочего тела в отдельных капсулах, размещенных в магазине и последовательное управляемое их введение в ускоряющее пространство ЭРД и выведение капсул обратно из ускоряющего пространства ЭРД исключает применение известных механизмов для переноса пылеобразного рабочего тела, имеющих непосредственный контакт и трение механизмов с ним, и дают возможность регулировать подачу пылеобразного рабочего тела и соответственно управлять силой тяги ЭРД без снижения электрических потенциалов ускоряющих электродов и заряда частичек пыли рабочего тела и соответственно обеспечить эффективное использование рабочего тела. Поскольку размер одной капсулы много меньше объема, в котором может быть размещено все пылеобразное рабочее тело, то и размеры ЭРД будут много меньше, чем могли бы быть без его применения.Storage of the dust-like working fluid in separate capsules placed in the store and their sequentially controlled introduction into the accelerating space of the electric propulsion and removing the capsules from the accelerating space of the electric propulsion excludes the use of known mechanisms for transferring the dust-like working fluid with direct contact and friction of the mechanisms with it, and makes it possible to regulate the supply of a dusty working fluid and, accordingly, to control the thrust force of the electric propulsion engine without reducing the electric potentials of the accelerating electrodes and the charge and dust particles of the working fluid and, accordingly, to ensure the efficient use of the working fluid. Since the size of one capsule is much smaller than the volume in which the entire dust-like working fluid can be placed, the dimensions of the electric propulsion are much smaller than they could be without using it.
Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель может иметь магазин с приводом, позволяющий магазину смещать положение ячеек таким образом, что положение последующей ячейки точно совпадает с положением предыдущей ячейки, а механизм для перемещения пылеобразного рабочего тела содержит толкатель и неподвижную относительно ускоряющих электродов электроракетного двигателя направляющую. При этом толкатель имеет возможность сцепляться и расцепляться с донышком капсулы и перемещаться вдоль своей оси, совпадающей с одной из осей ячейки магазина и направляющей, установленных соосно оси электроракетного двигателя (ЭРД), (п.2 формулы изобретения). Донышко капсулы имеет зацеп, с помощью которого он может соединиться с толкателем и разъединится. Капсулы, заполненные и закрытые быстросъемными крышками заранее (при подготовке КЛА к полету), размещаются в ячейках магазина таким образом, чтобы крышки капсул находились со стороны выходных сечений магазина, а донышки капсул с другой стороны. Ячейки магазина имеют выходные сечения, расположенные с одной стороны магазина, через которые происходит выдвижение капсул из ячеек. Со стороны противоположной выходным сечениям ячейка может иметь стенку с отверстием для прохода в нем толкателя или может иметь сквозное отверстие. Толкатель представляет собой продольный силовой элемент, который может, создавая определенное усилие, выдвигаться и задвигаться со скоростью, управляемой из КЦ. В конструктивном исполнении это может быть, например шток гидроцилиндра, пневмоцилиндра, шарико-винтовой, винтовой или любой другой линейной передачей, а также и угловой соединенной с линейно перемещающимся стержнем. На конце толкателя имеется зацеп, который может сцепиться с зацепом в глухом донышке капсул. Сцепка зацепа на толкателе с зацепом на глухом донышке капсулы может производиться автоматически по типу дверной защелки или управляться по команде из КЦ. В простейшем случае это может быть резьбовым соединением. В этом случае в глухом донышке делается отверстие с резьбой, а на конце толкателя нарезается наружная резьба. Сцепка будет производиться так: при приближении конца толкателя к глухому донышку толкатель начинает вращаться и закручиваться в глухое донышко, при расцепке - все действия производятся в обратном порядке. Направляющая может представлять собой сквозную обечайку или сквозной корпус, у которого есть входное сечение и выходное сечение и служит для того, чтобы точно по отношению к ускоряющим электродам ЭРД ориентировать капсулы при их введении толкателем в ускорительное пространство ЭРД. Направляющая неподвижна относительно ускоряющих электродов ЭРД. Капсула должна перемещаться внутри направляющей с минимально возможным (по техническим возможностям) колебанием собственной оси. Контакт капсулы и направляющей может быть осуществлен механическим скольжением, качением роликовых опор или благодаря электромагнитному отталкиванию взаимно смещающихся поверхностей (например, как поезда на магнитных подушках). Естественно, в случае, когда стенки направляющей расположены близко к ускоряющим электродам или расположены между управляющими электродами ЭРД, то они должны быть выполнены из диэлектрика для исключения электрического пробоя. Управление устройством осуществляется из КЦ.A device for supplying a dust-like working fluid to an electric rocket engine may have a magazine with a drive, allowing the magazine to shift the position of the cells so that the position of the next cell exactly matches the position of the previous cell, and the mechanism for moving the dust-like working fluid contains a pusher and stationary relative to the accelerating electrodes of the electric rocket engine guide rail. In this case, the pusher has the ability to engage and disengage with the bottom of the capsule and move along its axis, coinciding with one of the axes of the store cell and the guide mounted coaxially to the axis of the electric propulsion engine (ERE) (claim 2). The bottom of the capsule has a hook with which it can connect to the pusher and disconnect. Capsules filled and closed with quick-release caps in advance (when preparing the spacecraft for flight) are placed in the cells of the store in such a way that the caps of the capsules are on the side of the outlet sections of the store, and the bottoms of the capsules on the other side. The store cells have exit sections located on one side of the store, through which the capsules extend from the cells. From the side opposite to the output sections, the cell may have a wall with an opening for the passage of the pusher in it or may have a through hole. The pusher is a longitudinal force element, which can, creating a certain force, extend and retract at a speed controlled from the CC. In the design, this can be, for example, a rod of a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, a ball screw, screw or any other linear gear, as well as an angular joint with a linearly moving rod. There is a hook at the end of the push rod that can engage with the hook in the deaf bottom of the capsules. Hitching on the pusher with a hook on the blind bottom of the capsule can be performed automatically as a door latch or controlled by a command from the CC. In the simplest case, this may be a threaded connection. In this case, a threaded hole is made in the blind bottom, and an external thread is cut at the end of the pusher. The coupling will be performed as follows: as the end of the pusher approaches the blind bottom, the pusher begins to rotate and twist into the blind bottom; when uncoupled, all actions are performed in the reverse order. The guide may be a through shell or through case, which has an inlet section and an outlet section and serves to orient the capsules precisely with respect to the accelerating electrodes of the electric propulsion devices when they are introduced by the pusher into the accelerating space of the electric propulsion devices. The guide is stationary relative to the accelerating electrodes of the electric propulsion. The capsule should move inside the guide with the minimum possible (according to technical capabilities) oscillation of its own axis. The contact of the capsule and the guide can be made by mechanical sliding, rolling of the roller bearings or by electromagnetic repulsion of mutually shifting surfaces (for example, like trains on magnetic cushions). Naturally, in the case when the walls of the guide are located close to the accelerating electrodes or are located between the control electrodes of the electric propulsion, they must be made of a dielectric to prevent electrical breakdown. The device is controlled from the CC.
В случае, когда пылеобразное рабочее тело капсул, размещенных в магазине, имеет заряд, а на первом ускоряющем электроде ЭРД при этом уже имеется заряд того же знака, то для уменьшения электростатической силы отталкивания ускоряющего электрода ЭРД и пылеобразного рабочего тела капсул часть или вся наружная поверхность устройства до (не включая) ускоряющих электродов электроракетного двигателя имеет экранирующее (проводящее) покрытие наружной поверхности (п.3 формулы изобретения).In the case when the dust-like working fluid of the capsules placed in the store has a charge, and the first accelerating electrode of the ERE already has a charge of the same sign, then to reduce the electrostatic repulsive force of the accelerating electrode of the ERE and the dust-like working fluid of the capsules, part or all of the outer surface the device to (not including) the accelerating electrodes of the electric rocket engine has a shield (conductive) coating of the outer surface (
Для того, чтобы передать электрический заряд пылеобразному рабочему телу, находящемуся внутри капсулы, донышко капсулы для хранения пылеобразного рабочего тела может иметь проводящий элемент или может быть полностью изготовлено из проводника (п.4 формулы изобретения).In order to transfer an electric charge to the dusty working fluid inside the capsule, the bottom of the capsule for storing the dusty working fluid can have a conductive element or can be completely made of a conductor (claim 4).
Диэлектрическая обечайка капсулы может быть выполнена из материала, прозрачного для ионизирующего излучения (например, рентгеновских, альфа-лучей, гамма-лучей, потока электронов и т.д.) для обеспечения возможности ионизации пылеобразного рабочего тела внутри капсулы (п.5 формулы изобретения).The dielectric shell of the capsule can be made of a material that is transparent to ionizing radiation (for example, x-rays, alpha rays, gamma rays, electron flux, etc.) to allow ionization of the dusty working medium inside the capsule (claim 5) .
В качестве направляющей в устройстве по п.2 можно использовать ячейку магазина. В этом варианте устройства направляющая как отдельный элемент отсутствует, магазин располагается ближе к первому ускоряющему электроду ЭРД, а капсула может иметь удлиненную хвостовую част (донышко) для обеспечения контакта с ячейкой магазина, выполняющей функцию направляющей (п.6 формулы изобретения).As a guide in the device according to
В качестве направляющей в устройстве по п.2 можно использовать толкатель. В этом варианте устройства направляющая как отдельный элемент отсутствует, толкатель может совершать линейные перемещения параллельно или соосно оси ЭРД, а сцепка толкателя с капсулой жесткая без смещений и поворотов (п.7 формулы изобретения).As a guide in the device according to
В случае, когда для ЭРД не требуется пылеобразного рабочего тела больше, чем может быть размещено в одной капсуле, то в устройстве по п.2 отсутствует магазин как отдельный элемент, и он либо совмещен функционально с направляющей, либо роль направляющей несет жесткая связь капсулы с толкателем, который может совершать линейные перемещения параллельно или соосно оси ЭРД (п.8 формулы изобретения).In the case when a dusty working fluid is not required for the electric propulsion system more than can be placed in one capsule, the device according to
Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель может иметь магазин с приводом, позволяющий магазину смещать положение ячеек таким образом, что положение последующей ячейки точно совпадает с положением предыдущей ячейки, а механизм для перемещения пылеобразного рабочего тела содержит толкатель с боковым захватом. При этом толкатель имеет возможность двигаться вдоль своей оси, а боковой захват вращаться вокруг оси толкателя и, зацепляясь за донышко капсулы выдвигать капсулу из ячейки магазина и задвигать капсулу в ускоряющее пространство электроракетного двигателя и выдвигать капсулу обратно из ускоряющего пространства электроракетного двигателя (п.9 формулы изобретения). В предлагаемом варианте устройства применен толкатель с боковым захватом, который может совершать не одно, а несколько действий: самостоятельно зацепляться за донышко капсулы, вынимать из ячейки магазина капсулу, перемещать и задвигать ее в ЭРД и выдвигать обратно. Таким образом, толкатель с боковым захватом имеет, как минимум, три степени свободы и три независимых привода. Первый привод обеспечивает линейное смещение толкателя вдоль своей оси, второй - поворот бокового захвата вокруг оси толкателя, третий - обеспечивает сжатие и разжатие зацепа. В этом случае расстояние от оси толкателя с боковым захватом до оси ячейки, откуда производится выемка капсулы, должна совпадать с расстоянием от оси толкателя с боковым захватом до оси электроракетного двигателя. В противном случае необходимо добавить дополнительный привод для компенсации несовпадения указанных межосевых расстояний. Работа магазина и управление устройством такое же, как в варианте устройства по п.2 формулы изобретения. Сам толкатель без бокового захвата представляет собой продольный силовой элемент, который может, создавая определенное усилие выдвигаться и задвигаться со скоростью, управляемой из КЦ. В конструктивном исполнении это может быть, например шток гидроцилиндра, пневмоцилиндра, шарико-винтовой, винтовой или любой другой линейной передачей. Боковой захват установлен на толкателе и вращается вокруг толкателя благодаря приводу вращения, установленного на толкателе. А захват капсулы может осуществляться благодаря линейному приводу или приводу вращения или другому известному приводу, установленному на боковом захвате. Управление устройством осуществляется из КЦ. Для осуществления надежного фиксирования капсулы боковым зацепом толкателя на донышке капсул имеется выточка или зацеп, а сами донышки находятся на определенном выдвижении от стенок магазина и на определенном расстоянии между собой позволяющие боковому захвату толкателя осуществить захват капсул в магазине.A device for supplying a dust-like working fluid to an electric rocket engine may have a magazine with a drive, allowing the magazine to shift the position of the cells so that the position of the next cell exactly matches the position of the previous cell, and the mechanism for moving the dust-like working fluid contains a pusher with a lateral grip. In this case, the pusher has the ability to move along its axis, and the lateral grip rotate around the axis of the pusher and, catching on the bottom of the capsule, push the capsule out of the store cell and slide the capsule into the accelerating space of the electric propulsion engine and pushing the capsule back out of the accelerating space of the electric propulsion engine (
Данное изобретение поясняется чертежом фиг.1, где изображено устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель в разрезе по п.2 формулы изобретения.The invention is illustrated by the drawing of figure 1, which shows a device for feeding a dusty working fluid into an electric rocket engine in section according to
Устройство имеет магазин поз.1 с приводом поз.2 (электродвигатель). В ячейках магазина поз.1 размещены капсулы поз.3. Капсула поз.3 содержит быстросъемную крышку поз.4, диэлектрическую обечайку поз.5 и неподвижно закрепленное на ней донышко поз.6. Быстросъемная крышка поз.4 выполняется таким образом, что на диэлектрической обечайке поз.5 имеются пазы по полукругу, в которые перпендикулярно оси капсулы поз.3 входят своими пазами крышка поз.4. На крышке поз.4 имеется пиропатрон поз.7 с контактом поз.8. При срабатывании пиропатрона поз.7 крышка поз.4 отбрасывается в сторону, с которой эта крышка входит в пазы диэлектрической обечайки поз.5. Все капсулы поз.3 размещены в магазине поз.1 симметрично относительно оси его вращения MN и зафиксированы в ячейках благодаря наличию в донышке поз.6 кольцевой проточки по наружной поверхности, в которую входят подпружиненные шарики фиксаторные, размещенные в гнездах магазина поз.1. Основными элементами механизма для перемещения рабочего тела, в данном случае, являются направляющая поз.9 с электрическим контактом поз.10, датчик поз.11 и толкатель поз.12 с приводом поз.13 и упор поз.14. При касании контакта поз.10, расположенного на направляющей поз.9 и контакта поз.8 на быстросъемной крышке поз.4, от контакта поз.10 передается электрический импульс на контакт поз.8 и таким образом срабатывает пиропатрон поз.7. Датчик поз.11 установлен на оси вращения магазина поз.1, который является датчиком угловых смещений и отслеживает угол поворота магазина поз.1. Упор поз.14 неподвижен (относительно ЭРД) и расположен с минимальным зазором от магазина поз.1 на расстоянии от оси толкателя поз.12 меньшем радиуса донышка поз.6, но большем радиуса толкателя поз.12. Оси толкателя поз.12, одной из капсул поз.3, находящейся внутри магазина поз.1, и ось ЭРД совмещены. На конце толкателя поз.12 имеется зацеп поз.15 в виде кольцевой проточки подобной той, которая имеется на наружной поверхности донышка поз.6. На внутреннем глухом отверстии донышка поз.6 имеется ответный зацеп поз.16, в котором имеются гнезда с подпружиненными шариками фиксаторными подобно тому как это сделано в гнездах магазина поз.1. Необходимо отметить, что фиксаторы с подпружиненными шариками фиксаторными для фиксации капсулы поз.3 в ячейке магазина поз.1 и донышко поз.6 капсулы поз.3 на зацепе поз.15 толкателя поз.12 работают таким образом, что они фиксируют положение двух контактирующих деталей между собой с определенным усилием сдвига, которого достаточно для того, чтобы надежно удерживать данные детали неподвижно относительно друг друга в процессе эксплуатации ЭРД. Но, если вдоль поверхности контакта деталей приложить большую силу, то шарики фиксаторные отжимаются от центра и входят внутрь своих гнезд, а детали разъединяются. Но стоит детали сдвинуть между собой до контакта шариков фиксаторных с кольцевой выточкой, так тут, же шарики фиксаторные входят под действием пружин в кольцевую выточку, и происходит фиксация контактирующих деталей между собой. Элементы ЭРД: первый ускоряющий электрод поз.17, второй ускоряющий электрод поз.18. Датчик поз.19 - датчик линейных смещений толкателя поз.12. Другие элементы ЭРД, необходимые для его работы, но не касающиеся принципа работы предлагаемого устройства напрямую, такие как источник питания ускоряющих электродов, приводов магазина и толкателя, источник ионизации рабочего тела, источник нейтрализации заряженного реактивного потока отбрасываемого ЭРД, и др. элементы не показаны.The device has a magazine pos. 1 with a drive pos. 2 (electric motor). In the cells of the store pos.1 placed capsules pos.3. The capsule of pos. 3 contains a quick-detachable cap of pos. 4, the dielectric casing of pos. 5 and the bottom of pos. 6, which is fixedly fixed on it. The quick-release lid pos. 4 is made in such a way that on the dielectric casing pos. 5 there are grooves in a semicircle into which the lid pos. 4 is inserted with its grooves perpendicular to the axis of the capsule pos. On the cover pos. 4 there is a squib pos. 7 with a contact pos. 8. When the pyro cartridge is triggered, pos.7, the cover of pos.4 is thrown to the side from which this cover enters the grooves of the dielectric shell of pos.5. All capsules of pos. 3 are placed in the shop of pos. 1 symmetrically with respect to the axis of its rotation MN and are fixed in the cells due to the presence in the bottom of pos. 6 of an annular groove on the outer surface, which includes spring-loaded locking balls located in the nests of the shop of pos. 1. The main elements of the mechanism for moving the working fluid, in this case, are the guide pos.9 with the electrical contact pos.10, the sensor pos.11 and the pusher pos.12 with the actuator pos.13 and the stop pos.14. When touching the contact pos.10 located on the guide pos.9 and the contact pos.8 on the quick-release cover pos.4, an electric impulse is transmitted from the contact pos.10 to the contact pos.8 and thus the igniter pos.7 is triggered. The sensor pos.11 is installed on the axis of rotation of the magazine pos.1, which is a sensor of angular displacements and monitors the angle of rotation of the magazine pos.1. The stop pos. 14 is stationary (relative to the electric propulsion) and is located with a minimum clearance from the magazine pos. 1 at a distance from the pusher axis pos. 12 smaller than the bottom radius pos. 6, but larger than the pusher radius pos. 12. The axis of the pusher pos.12, one of the capsules pos.3, located inside the store pos.1, and the axis of the electric propulsion are combined. At the end of the pusher, pos. 12, there is a hook pos. 15 in the form of an annular groove similar to that on the outer surface of the bottom of pos. 6. On the inner blind hole of the bottom pos. 6 there is a reciprocal hook pos. 16, in which there are nests with spring-loaded locking balls, similar to what is done in the magazine sockets pos. 1. It should be noted that the latches with spring-loaded locking balls for fixing the capsule pos.3 in the cell of the store pos.1 and the bottom pos.6 of the capsule pos.3 on the hook pos.15 of the pusher pos.12 work in such a way that they fix the position of two contacting parts with each other with a certain shear force, which is sufficient to reliably hold these parts motionless relative to each other during operation of the electric propulsion. But, if a large force is applied along the contact surface of the parts, then the locking balls are squeezed out from the center and enter inside their nests, and the parts are disconnected. But it is worth moving the parts together until the contact of the fixing balls with the ring undercut, so here, the locking balls enter the ring under the action of the springs, and the contacting parts are fixed to each other. Electric propulsion elements: first accelerating electrode pos.17, second accelerating electrode pos.18. Sensor pos.19 - linear displacement sensor of the pusher pos.12. Other elements of the electric propulsion system, necessary for its operation, but not directly related to the principle of operation of the proposed device, such as a power source for accelerating electrodes, magazine drives and a pusher, an ionizing source of the working fluid, a source of neutralization of the charged reactive stream of the rejected electric propulsion, and other elements are not shown.
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
В ячейках магазина поз.1 револьверного типа с приводом поз.2 заранее перед подготовкой к полету КЛА загружаются заполненные частичками пыли капсулы поз.3. Частичкам пыли до загрузки капсулы поз.3 в магазин поз.1 и(или) после загрузки передается электростатический заряд определенного знака. По команде КЦ с помощью привода поз.2 выходное сечение одной из ячеек магазина поз.1 устанавливается напротив входного сечения направляющей поз.9. благодаря срабатыванию датчика поз.11. По команде КЦ через малый промежуток времени после срабатывания датчика поз.11 начинает работать привод поз.13 толкателя поз.12, который касаясь своим зацепом поз.15 зацепа поз.16 на донышке поз.6 капсулы поз.3, сцепляется с ним. Далее толкатель поз.12 перемещает капсулу поз.3 через направляющую поз.9 по направлению к первому ускоряющему электроду поз.17. В этом случае при совмещении контактов поз.8 и 10 срабатывает пиропатрон поз.7 и происходит сброс быстросъемной крышки поз.4 с капсулы поз.3. В этот момент капсула поз.3 еще не дошла до ускоряющего электрода поз.17 ЭРД. К этому моменту пыль, находящаяся в капсуле имела определенный заряд, совпадающий с зарядом первого ускоряющего электрода поз.16. Отталкиваясь от ускоряющего электрода поз.17, заряженные частицы пыли сдерживаются силами электростатического отталкивания от просыпания из капсулы. Затем, открытая часть капсулы попадает в ускоряющую область между ускоряющими электродами поз.17 и 18, где благодаря силам электростатического отталкивания частичек пыли от первого ускоряющего электрода поз.17 они начинают двигаться в сторону второго противоположно заряженного электрода поз.18 или если второго электрода нет, то от первого электрода поз.17, создавая тем самым тяговую силу. Далее на выходе из ЭРД заряженные частицы в выбрасываемой струе с помощью источника нейтрализации нейтрализуются. В дальнейшем по мере опустошения капсулы поз.3 с помощью толкателя поз.12 она продвигается в направлении выброса рабочего тела. После израсходования запаса пыли в капсуле поз.3,толкатель в своем линейном перемещении достигает предельного вылета. В этот момент срабатывает датчик поз.19 линейных перемещений толкателя поз.12. Сигнал поступает в КЦ, который в свою очередь выдает команду приводу поз.13 остановиться и двигаться в обратном направлении. Толкатель поз.12 начинает двигаться в обратном направлении, задвигая опустошенную капсулу поз.3 на свое исходное место в ячейке магазина поз.1. При достижении капсулой поз.3 своего исходного фиксированного положения в ячейке магазина поз.1 капсула поз.3 упирается в упор поз.14, а толкатель поз.12 продолжая свое перемещение разъединяется с капсулой поз.3. После достижения толкателем поз.12 своего исходного положения снова срабатывает датчик поз.19 и выдает сигнал на КЦ, который выдает команду на остановку привода поз.13 толкателя поз.12, а через небольшой промежуток времени после остановки толкателя поз.12 КЦ выдает команду на привод поз.2 магазина поз.1. для смещение ячеек. В дальнейшем цикл повторяется и может повторяться до использования всей пыли в капсулах. Благодаря тому, что движение толкателя поз.12 может контролироваться и управляться КЦ, можно не снижая заряда на ускоряющих электродах поз.17, 18 регулировать тягу ЭРД и останавливать его работу, подав команду на втягивание капсулы поз.3 в сторону исходного положения (до входа в ускоряющее пространство ЭРД). Таким образом, управляя смещением толкателя поз.12, получаем, управление тягой ЭРД не за счет снижения зарядов ускоряющих электродов поз.17, 18 или зарядов частичек пыли, а благодаря изменению объема подаваемого рабочего тела в ЭРД. Быстросъемные крышки поз.4, отбрасываясь, могут собираться и впоследствии использоваться повторно вместе с оставшимися частями капсул поз.3, собираемыми в магазине поз.1.In the store cells of pos. 1 of a revolving type with a actuator of pos. 2, capsules, pos. 3, filled with dust particles, are loaded before preparation for the SC flight. Dust particles before loading the capsule pos.3 into the magazine pos.1 and (or) after loading the electrostatic charge of a certain sign is transferred. At the command of the control center using the drive pos.2, the output section of one of the cells of the store pos.1 is installed opposite the input section of the guide pos.9. thanks to the operation of the sensor pos.11. At the command of the control center, after a short period of time after the sensor pos. 11 is activated, the drive pos. 13 of the pusher pos. 12 starts working, which, touching its hook pos. 15, the pos. 16 on the bottom pos. 6 of the capsule pos. 3, engages with it. Next, the pusher pos.12 moves the capsule pos.3 through the guide pos.9 towards the first accelerating electrode pos.17. In this case, when combining the contacts pos. 8 and 10, the igniter pos. 7 is triggered and the quick-release lid pos. 4 is reset from the capsule pos. 3. At this moment, the capsule pos. 3 has not yet reached the accelerating electrode pos.17 ERD. At this point, the dust in the capsule had a certain charge, coinciding with the charge of the first accelerating electrode pos.16. Based on the accelerating electrode pos.17, charged dust particles are restrained by the forces of electrostatic repulsion from spilling from the capsule. Then, the open part of the capsule falls into the accelerating region between the accelerating electrodes pos. 17 and 18, where, due to the forces of electrostatic repulsion of dust particles from the first accelerating electrode pos. 17, they begin to move towards the second oppositely charged electrode pos. 18 or if there is no second electrode, then from the first electrode pos.17, thereby creating traction force. Then, at the exit from the electric propulsion jet, the charged particles in the ejected jet are neutralized using a source of neutralization. In the future, as the capsule pos. 3 is emptied using the pusher pos. 12, it moves in the direction of discharge of the working fluid. After running out of dust in the capsule pos.3, the pusher in its linear movement reaches the limit of departure. At this moment, the sensor pos.19 of linear displacements of the pusher pos.12 works. The signal enters the CC, which in turn issues a command to the drive pos.13 to stop and move in the opposite direction. The
На фиг.2 изображена возможная блок-схема управления предлагаемым устройством по варианту п.2 формулы изобретения изображенного на фиг.1. Номера в кружочках обозначают номера действий (команд КЦ, сигналы датчиков) и изменяются в большую сторону по мере их выполнения по времени, т.е. сначала происходит действие 1, затем 2, 3 и так далее. Действия: 1 - команда на пуск ЭРД; 2 - команда КЦ на включение привода поз.2 магазина; 3 - срабатывание датчика поз.11; 4 - сигнал с датчика поз.11 на КЦ; 5 - команда КЦ на остановку привода поз.2 магазина; 6 - команда КЦ на пуск привода поз.13 толкателя; 7 - срабатывание датчика поз.19; 8 - сигнал с датчика поз.19 на КЦ; 9 - команда с КЦ на остановку привода поз.13 толкателя; 10 - команда с КЦ на обратное движение (реверс) привода поз.13 толкателя; 11 - срабатывание датчика поз.19; 12 - сигнал с датчика поз.19 на КЦ; 13 - команда с КЦ на остановку привода поз.13 толкателя; 14 - команда с КЦ на пуск привода поз.2 магазина - цикл работы устройства замкнулся. Команда 1 на пуск ЭРД задается на КЦ оператором (пилот, космонавт). Команды КЦ 5 и 6 выдаются на приводы поз.2 и 3 по сигналу 2 датчика поз.11. Команды КЦ 9 и 10 выдаются на привод поз.13 по сигналу 8 датчика поз.19. Команды КЦ 13 и 14 выдаются на приводы поз.13 и 2 по сигналу 12 датчика поз.19.Figure 2 shows a possible control block diagram of the proposed device according to the variant of
На фиг.3 изображен вариант устройства по п.3 формулы изобретения, который имеет такое же строение как вариант устройства по п.2 формулы изобретения, но кроме этого, у него имеется снаружи оболочка поз.21, которая выполнена из проводящего материала (из сплошного или не сплошного металла), создающая экранирующий эффект от электростатического воздействия ускоряющих электродов поз.17,18 на элементы устройства.Figure 3 shows a variant of the device according to
На фиг.4 и 5 изображены варианты конструкции донышек по п.4 формулы изобретения. Фиг.4 - донышко поз.6 изготовлено из непроводящего материала со вставышем поз.22 из проводящего материала. Фиг.5 - донышко поз.6 изготовлено целиком из проводника.Figure 4 and 5 depict options for the design of the bottoms according to
На фиг.6 изображен вариант предлагаемого устройства по п.6 формулы изобретения, который имеет такое же строение как вариант устройства по п.2 формулы изобретения, но в котором в качестве направляющей используется ячейка магазина поз.1. Контакт поз.10 в этом варианте устройства установлен отдельно неподвижно относительно ускоряющих электродов поз.17, 18.Figure 6 shows a variant of the proposed device according to
На фиг.7 изображен вариант предлагаемого устройства по п.7 формулы изобретения, который имеет такое же строение как вариант устройства по п.2 формулы изобретения, но в котором в качестве направляющей используется направляющие, в которых совершает свое линейное перемещение толкатель поз.12. При этом капсула поз.3 имеет жесткую связь с толкателем поз.12 через зацепы поз.15 и 16.Figure 7 shows a variant of the proposed device according to
На фиг.8 изображен вариант предлагаемого устройства по п.8 формулы изобретения, который имеет такое же строение как вариант устройства по п.2 формулы изобретения, но в котором имеется только одна капсула поз.3 и находится она внутри направляющей поз.9.On Fig shows a variant of the proposed device according to
На фиг.9 и 10 изображены вариант предлагаемого устройства по п.9 формулы изобретения. Данный вариант устройства содержит магазин поз.1 с приводом поз.2, капсулами поз.3, имеющие конструкции подобные тем, которые описаны в варианте предлагаемого устройства по п.2 формулы изобретения, изображенной на фиг.2 за исключением некоторых отличительных особенностей. Донышки поз.6 своими габаритами выдаются из ячеек магазина и имеют кольцевую выточку на своей боковой части, находящейся вне ячейки магазина поз.1. Основными элементами механизма для перемещения рабочего тела, в данном случае, являются толкатель поз.12 на котором установлен боковой захват. Боковой захват включает в себя детали: поз.23 - кронштейн с полузахватом на котором закреплена неподвижно ведомая шестерня поз.24 соосно оси толкателя поз.12; поз.25 - малый полузахват, скрепленный шарнирно с деталью поз.23 через ось полузахвата; поз.26 - линейный силовой элемент, через шарниры связывающий детали поз.23 и 25; поз.27 - ведущая шестерня; поз.28 - привод вращения детали поз.27; поз.29 - датчик угловых смещений привода поз.28. На деталях поз.23 и 25 имеются кольцевые шипы для захвата капсулы поз.3 через кольцевую выточку в донышке поз.6. Расстояние от оси толкателя поз.12 до оси капсулы поз.3 и до оси ЭРД одинаковые.Figure 9 and 10 depict a variant of the proposed device according to
Работа варианта предлагаемого варианта по п.9 формулы изобретения осуществляется следующим образом.The work option of the proposed option according to
Работа магазина поз.1 и срабатывание открытия быстросъемной крышки поз.4 капсулы поз.3 подобны тому, как это описано в варианте предлагаемого устройства по п.2 формулы изобретения, изображенного на фиг.2. По команде КЦ, после срабатывания датчика поз.11 начинает работать привод поз, 13 толкателя поз.12 и продолжает работать до срабатывания датчика поз.19. Датчик поз.19 срабатывает в момент, когда детали поз.23, 25, находящиеся первоначально в разомкнутом состоянии, входят в хвостовую часть капсулы поз.3 - донышко поз.6. так, что кольцевые шипы деталей поз.23, 25 становятся напротив кольцевой выточки донышка поз.6. На фиг.10 штриховыми линиями показано положение малого полузахвата поз.25 в разомкнутом положении. Далее из КЦ поступает команда на линейный привод поз.26 и происходит смыкание деталей поз.23 и 25. При смыкании деталей поз.23 и 25 кольцевые шипы входят в кольцевую выточку в детали поз.6, осуществляя тем самым захват капсулы поз.3. Затем по команде КЦ включается привод поз.13 и происходит смещение толкателя поз.12 в сторону от магазина поз.1 до полного вывода капсулы поз.3 из ячейки магазина поз.1. При достижении требуемого положения капсулы, что соответствует определенному показанию датчика поз.19 КЦ останавливает привод поз.13 и включает привод поз.28. Привод поз.28 работает до достижения датчиком поз.29 определенных значений соответствующих требуемому соосному положению оси капсулы поз.3 с осью ЭРД. После остановки привода поз.28 КЦ подает команду на привод поз.13 толкателя поз.12 на осуществление линейного смещения капсулы в сторону ускоряющих электродов поз.17, 18 ЭРД. На фиг.9 штриховыми линиями показано положение бокового захвата вместе с капсулой поз.3 в момент его подвода в ускоряющее пространство ЭРД. При достижении максимального смещения толкателя поз.12 с капсулой поз.3 внутрь ЭРД показания датчика поз.19 достигают значения, по которому на привод поз.13 из КЦ поступает команда на его остановку и включении реверсивного движения опустошенной капсулы поз.3 в порядке обратном его подаче с использованием привода поз.28 через датчики поз.29 и 19 вплоть до введения использованной капсулы в исходную ячейку магазина поз.1. В дальнейшем цикл повторяется и так далее. Таким образом, в предлагаемом варианте устройства применен толкатель с боковым захватом, который может совершать не одно, а несколько действий: самостоятельно зацепляясь за донышко капсулы вынимать из ячейки магазина капсулу, перемещать и задвигать ее в ЭРД. После израсходования рабочего тела, находящегося в капсуле, толкатель с боковым захватом, пустую капсулу, обратным движением переносит в пустую ячейку магазина. Затем магазин смещает положение ячеек. Захват после этого вынимает очередную полную капсулу из ячейки магазина, перемещает и вставляет ее в ЭРД и так далее. Циклы могут повторяться до полного использования рабочего тела. Данный механизм для перемещения рабочего тела, управляемый от КЦ, подобен устройствам для смены режущего инструмента, применяемым в современных обрабатывающих центрах.The operation of the store pos.1 and the opening operation of the quick-release lid pos.4 capsules pos.3 are similar to that described in the embodiment of the proposed device according to
Источники информацииInformation sources
1. Энциклопедия "Космонавтика", под редакцией В.П.Глушко. Москва. "Советская Энциклопедия", 1985.1. Encyclopedia "Cosmonautics", edited by V.P. Glushko. Moscow. "Soviet Encyclopedia", 1985.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139931/06A RU2508473C1 (en) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | Device to feed dusty working medium into electric rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139931/06A RU2508473C1 (en) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | Device to feed dusty working medium into electric rocket engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2508473C1 true RU2508473C1 (en) | 2014-02-27 |
Family
ID=50152238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012139931/06A RU2508473C1 (en) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | Device to feed dusty working medium into electric rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2508473C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3387218A (en) * | 1964-05-06 | 1968-06-04 | Trw Inc | Apparatus for handling micron size range particulate material |
RU2166667C1 (en) * | 1999-09-16 | 2001-05-10 | Мулин Вадим Венедиктович | Method and device for generating thrust |
RU2193100C2 (en) * | 2000-06-21 | 2002-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе | Electric explosion rocket engine |
US7773362B1 (en) * | 2007-03-07 | 2010-08-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Accelerator system and method of accelerating particles |
US20110104369A1 (en) * | 2008-07-24 | 2011-05-05 | Ok Ryul Kim | Apparatus and method for continuous powder coating |
US20120031386A1 (en) * | 2002-03-06 | 2012-02-09 | Aj Acquisition I Llc | Compressed gas-powered projectile accelerator |
-
2012
- 2012-09-18 RU RU2012139931/06A patent/RU2508473C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3387218A (en) * | 1964-05-06 | 1968-06-04 | Trw Inc | Apparatus for handling micron size range particulate material |
RU2166667C1 (en) * | 1999-09-16 | 2001-05-10 | Мулин Вадим Венедиктович | Method and device for generating thrust |
RU2193100C2 (en) * | 2000-06-21 | 2002-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе | Electric explosion rocket engine |
US20120031386A1 (en) * | 2002-03-06 | 2012-02-09 | Aj Acquisition I Llc | Compressed gas-powered projectile accelerator |
US7773362B1 (en) * | 2007-03-07 | 2010-08-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Accelerator system and method of accelerating particles |
US20110104369A1 (en) * | 2008-07-24 | 2011-05-05 | Ok Ryul Kim | Apparatus and method for continuous powder coating |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9434485B1 (en) | Multi-purpose cargo delivery and space debris removal system | |
JP6080552B2 (en) | Stabilization of unstable space debris | |
EP3693281B1 (en) | Spacecraft capture mechanism | |
US5421540A (en) | Method and apparatus for disposal/recovery of orbiting space debris | |
EP2774855B1 (en) | Device for removing space debris and method for removing space debris | |
US3696704A (en) | Ammunition bulk loader | |
CN110040264B (en) | Despin and capture integrated device | |
US20130140403A1 (en) | Direct to facility capture and release | |
Kaplan et al. | Engineering issues for all major modes of in situ space debris capture | |
CN105705252B (en) | discharge system | |
CN105555421B (en) | discharge system | |
KR20160071234A (en) | Apparatus for feeding charge | |
RU2508473C1 (en) | Device to feed dusty working medium into electric rocket engine | |
US10608270B2 (en) | Device for generating gaseous dihydrogen | |
JP2017515739A (en) | Payload injection system | |
CN110395410A (en) | Rail control all-in-one micro cold air propulsion system | |
CN109131954B (en) | Space debris racemization device and method for changing distribution of rotational inertia by using adsorption type mass block | |
CN113859041A (en) | Unmanned aerial vehicle battery replacing system and method | |
US8127655B1 (en) | Low force bomb rack release mechanism | |
KR20130054658A (en) | Device and method for removal bird nest of raceway in blast furnace | |
Meng et al. | A net-launching mechanism for uav to capture aerial moving target | |
DeLuca et al. | Active removal of large massive objects by hybrid propulsion module | |
Backes et al. | Sampling system concepts for a touch-and-go architecture comet surface sample return mission | |
WO2010095977A1 (en) | Method and system for feeding jet engines | |
CN114394264B (en) | Space garbage cleaning system and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140919 |