RU2602468C1 - Electric propulsion engine (versions) - Google Patents

Electric propulsion engine (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2602468C1
RU2602468C1 RU2015119871/06A RU2015119871A RU2602468C1 RU 2602468 C1 RU2602468 C1 RU 2602468C1 RU 2015119871/06 A RU2015119871/06 A RU 2015119871/06A RU 2015119871 A RU2015119871 A RU 2015119871A RU 2602468 C1 RU2602468 C1 RU 2602468C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
discharge chamber
converters
electric propulsion
thermoelectric converters
photoelectric
Prior art date
Application number
RU2015119871/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Васильевич Баскаков
Павел Александрович Дронов
Андрей Владимирович Иванов
Виталий Александрович Ильичев
Алексей Сергеевич Игнатов
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority to RU2015119871/06A priority Critical patent/RU2602468C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2602468C1 publication Critical patent/RU2602468C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00Using plasma to produce a reactive propulsive thrust

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: engines.
SUBSTANCE: invention relates to electric propulsion engines (EPE). In an EPE comprising a discharge chamber with a nozzle-anode, a working medium feeding pipeline, a cathode, a winding of electromagnets according to the invention on the entire inner surface of the discharge chamber as a protection against the effect of ionizing radiation of high-temperature plasma there are photoelectric and thermoelectric converters generating electromotive force (EMF), herewith the thermoelectric converters are located between the housing of the discharge chamber and the photoelectric converters. Besides, according to the invention the inner part of the discharge chamber is made from a transparent dielectric material, outside of which there is a mirror surface with reflecting effect inside the discharge chamber, and over the mirror surface there are thermoelectric converters generating EMF.
EFFECT: technical result of the invention is improvement of protection of walls of the discharge chamber and windings of the electromagnets from the effect of ionizing radiation heat flows.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД).The invention relates to the field of electric rocket engines (ERE).

Особенностью функционирования ЭРД является то, что плазма, получаемая в процессе его работы, высокими тепловыми потоками ионизирующего излучения воздействует на внутренние элементы конструкции, тем самым сокращает срок эксплуатации ЭРД. С учетом специфики работы ЭРД в условиях сверхвысокого вакуума и особенностей конструкции создание надежной защиты внутренних элементов ЭРД от воздействия плазмы является проблематичным.A feature of the operation of the electric propulsion system is that the plasma obtained during its operation, by the high heat fluxes of ionizing radiation, acts on the internal structural elements, thereby shortening the life of the electric propulsion system. Given the specifics of the operation of the electric propulsion in ultra-high vacuum and design features, the creation of reliable protection of the internal elements of the electric propulsion against the effects of plasma is problematic.

Известен ЭРД, состоящий из анода, нейтральной вставки, изоляторов, управляющего соленоида, монтажного фланца, многополостного катода, испарителя лития, нагревателя емкости активирующего вещества, пористых вкладышей (см. патент РФ №2351800, МПК F03H 1/00 по заявке №2007129605/06 от 02.08.2007).Known ERD, consisting of an anode, neutral insert, insulators, control solenoid, mounting flange, multi-cavity cathode, lithium evaporator, activator tank heater, porous inserts (see RF patent No. 2351800, IPC F03H 1/00 on application No. 2007129605/06 from 02.08.2007).

Недостатком известного ЭРД является недостаточная система защиты его элементов от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы.A disadvantage of the known electric propulsion is an insufficient system for protecting its elements from the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma.

Известен ЭРД, состоящий из герметичной керамической трубки, помещенной в неоднородное магнитное поле, разрядной камеры, анода, катода прямого накала, системы вспомогательных элементов (см. патент СССР А.С. №166974, МПК H01J по заявке №818030/26-25 от 04.11.1963).Known ERD, consisting of a sealed ceramic tube placed in an inhomogeneous magnetic field, a discharge chamber, anode, direct glow cathode, a system of auxiliary elements (see USSR patent AS No. 166974, IPC H01J by application No. 818030 / 26-25 from 11/04/1963).

Недостатком известного ЭРД является недостаточная система защиты его элементов от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы.A disadvantage of the known electric propulsion is an insufficient system for protecting its elements from the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma.

Известен ЭРД, состоящий из разрядной камеры, кольцевого анода, трубопровода анодного, токоподводов, магнитной системы, клапана, изоляторов, катода, корпуса двигателя, термоэмиссионного элемента катода, экранов, спирального нагревателя (см. патент РФ №2309293, МПК F03H 5/00 по заявке №2005106778/06 от 09.03.2006 - прототип).Known ERD, consisting of a discharge chamber, a ring anode, anode pipe, current leads, magnetic system, valve, insulators, cathode, motor housing, thermionic element of the cathode, screens, spiral heater (see RF patent No. 2309293, IPC F03H 5/00 application No. 2005106778/06 dated 09.03.2006 - prototype).

Недостатком известного ЭРД является недостаточная система защиты его элементов от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы.A disadvantage of the known electric propulsion is an insufficient system for protecting its elements from the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является:The technical problem solved by the invention is:

- повышение защиты стенок разрядной камеры и обмотки электромагнитов от воздействия тепловых потоков ионизирующего излучения;- improving the protection of the walls of the discharge chamber and the windings of electromagnets from the effects of heat fluxes of ionizing radiation;

- увеличение ресурса работы ЭРД;- increase the resource of work of electric propulsion;

- повышение эффективности работы ЭРД.- increasing the efficiency of the electric propulsion.

Данная техническая задача решается тем, что в известном ЭРД, содержащем разрядную камеру с соплом-анодом, трубопровод подачи рабочего тела, катод, обмотку электромагнитов, согласно изобретению на всей внутренней поверхности разрядной камеры в качестве зашиты от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы установлены фотоэлектрические и термоэлектрические преобразователи, вырабатывающие электродвижущую силу (ЭДС), причем термоэлектрические преобразователи расположены между корпусом разрядной камеры и фотоэлектрическими преобразователями.This technical problem is solved by the fact that in the known electric propulsion device containing a discharge chamber with an anode nozzle, a working fluid supply pipe, a cathode, an electromagnet winding, according to the invention, photoelectric and thermoelectric are installed on the entire inner surface of the discharge chamber as a protection against the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma converters generating electromotive force (EMF), and thermoelectric converters are located between the body of the discharge chamber and the photoelectric matic converters.

Помимо того согласно изобретению внутренняя часть разрядной камеры выполнена из прозрачного диэлектрического материала, снаружи которого расположена зеркальная поверхность с отражающим эффектом внутрь разрядной камеры, а поверх зеркальной поверхности установлены термоэлектрические преобразователи, вырабатывающие ЭДС.In addition, according to the invention, the interior of the discharge chamber is made of a transparent dielectric material, on the outside of which there is a mirror surface with a reflecting effect inside the discharge chamber, and thermoelectric converters generating emf are installed on top of the mirror surface.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря ей появляется возможность повысить защиту стенок разрядной камеры и обмотки электромагнитов от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы и, следовательно, увеличить ресурс работы ЭРД, а также использовать электрическую энергию от фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей для питания вспомогательного оборудования и/или зарядки источников питания ЭРД, что повышает эффективность его работы.The indicated set of features exhibits new properties, which make it possible to increase the protection of the walls of the discharge chamber and the windings of electromagnets from the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma and, therefore, to increase the operating life of the electric propulsion and to use electric energy from photoelectric and thermoelectric converters for power auxiliary equipment and / or charging power sources of electric propulsion, which increases its efficiency.

Схема ЭРД показана на фиг. 1, 2.The ERE circuit is shown in FIG. 12.

Фиг. 1 - ЭРД с фото- и термоэлектрическими преобразователями, фиг. 2 - ЭРД с кварцевым стеклом и термоэлектрическими преобразователями где;FIG. 1 - electric propulsion with photo- and thermoelectric converters, FIG. 2 - electric propulsion with quartz glass and thermoelectric converters where;

1 - разрядная камера;1 - discharge chamber;

2 - трубопровод подачи рабочего тела;2 - pipeline supply of the working fluid;

3 - катод;3 - cathode;

4 -источник питания;4 - power supply;

5 - обмотка электромагнитов;5 - winding of electromagnets;

6 - сопло-анод;6 - nozzle-anode;

7 - фотоэлектрические преобразователи;7 - photoelectric converters;

8 - термоэлектрические преобразователи;8 - thermoelectric converters;

9 - контроллер;9 - controller;

10 - аккумулятор;10 - battery;

11 - нагрузочное устройство;11 - load device;

12 - вставка;12 - insert;

13 - зеркальная поверхность.13 - a mirror surface.

ЭРД с фото- и термоэлектрическими преобразователями состоит из разрядной камеры 1, трубопровода подачи рабочего тела 2, катода 3, источников питания 4, обмотки электромагнитов 5, сопла-анода 6, фотоэлектрических преобразователей 7, термоэлектрических преобразователей 8, контроллера 9, аккумулятора 10, нагрузочного устройства 11.Electric propulsion with photoelectric and thermoelectric converters consists of a discharge chamber 1, a working fluid supply pipe 2, a cathode 3, power supplies 4, an electromagnet winding 5, an anode nozzle 6, photoelectric converters 7, thermoelectric converters 8, a controller 9, a battery 10, a load device 11.

ЭРД с диэлектрической прозрачной вставкой, представленный на фиг. 2, отличается тем, что внутренняя поверхность разрядной камеры 1 выполнена из прозрачного диэлектрического материала (вставка 12), снаружи которого расположена зеркальная поверхность 13 с отражающим эффектом внутрь разрядной камеры, а поверх зеркальной поверхности установлены термоэлектрические преобразователи 8, фотоэлектрические преобразователи 7 в данном случае не устанавливаются.The dielectric transparent insert ERE shown in FIG. 2, characterized in that the inner surface of the discharge chamber 1 is made of transparent dielectric material (insert 12), on the outside of which there is a mirror surface 13 with a reflecting effect inside the discharge chamber, and thermoelectric converters 8 are installed over the mirror surface, photoelectric converters 7 in this case are installed.

ЭРД с фото- и термоэлектрическими преобразователями, представленном на фиг 1, работает следующим образом. В разрядную камеру 1 по трубопроводу 2 поступает рабочее тело, при прохождении рабочим телом катода 3, на который от источника питания 4 подается высокоамперный ток, происходит ионизация рабочего тела и образуется плазма. На разрядную камеру 1 навита обмотка электромагнитов 5, которая при пропускании через нее электрического тока от источников питания 4 внутри камеры создает сильное аксиальное (направленное вдоль оси) магнитное поле. Под воздействием этого магнитного поля (моделируемой конфигурации) плазма отжимается от стенок разрядной камеры 1, ускоряется и истекает через сопло-анод 6, создавая тем самым реактивную тягу. Для защиты корпуса разрядной камеры 1 и обмотки электромагнитов 5 от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы в разрядной камере 1 установлены фотоэлектрические преобразователи 7 и термоэлектрические преобразователи 8, которые, в свою очередь, вырабатывают ЭДС. Электрический ток от фотоэлектрических преобразователей 7 и термоэлектрических преобразователей 8 через контроллер 9 поступает на аккумулятор 10, от которого запитывается нагрузочное устройство 11. В качестве нагрузочного устройства 11 может выступать, например, как вспомогательное оборудование, так и источники питания 4 ЭРД.ERE with photo- and thermoelectric converters, shown in Fig 1, operates as follows. A working fluid enters the discharge chamber 1 through pipeline 2, when the working fluid passes through the cathode 3, to which a high-ampere current is supplied from the power supply 4, ionization of the working fluid takes place, and plasma is formed. A winding of electromagnets 5 is wound onto the discharge chamber 1, which, when an electric current is passed through it from power sources 4 inside the chamber, creates a strong axial (along the axis) magnetic field. Under the influence of this magnetic field (simulated configuration), the plasma is squeezed from the walls of the discharge chamber 1, accelerated and expires through the nozzle-anode 6, thereby creating reactive thrust. To protect the housing of the discharge chamber 1 and the windings of the electromagnets 5 from the effects of ionizing radiation of high-temperature plasma, photoelectric converters 7 and thermoelectric converters 8 are installed in the discharge chamber 1, which, in turn, generate EMF. The electric current from the photoelectric converters 7 and thermoelectric converters 8 through the controller 9 is supplied to the battery 10, from which the load device 11 is powered. The load device 11 can be, for example, both auxiliary equipment and power sources 4 of the electric propulsion.

Помимо того в ЭРД с диэлектрической прозрачной вставкой, представленный на фиг 2, с целью защиты корпуса разрядной камеры 1 и обмотки электромагнитов 5 от воздействия ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы используется вставка 12, выполненная из диэлектрического прозрачного материала, снаружи которого расположена зеркальная поверхность 13 с отражающим эффектом внутрь разрядной камеры для отражения тепловых потоков ионизирующего излучения. С целью отвода тепла с зеркальной поверхности на ней установлены термоэлектрические преобразователи 8, вырабатывающие ЭДС.In addition, in an electric propulsion electric diffuser with a dielectric transparent insert, shown in Fig. 2, in order to protect the housing of the discharge chamber 1 and the winding of the electromagnets 5 from ionizing radiation of a high-temperature plasma, an insert 12 made of a transparent dielectric material is used, on the outside of which there is a mirror surface 13 with a reflecting effect inside the discharge chamber to reflect heat fluxes of ionizing radiation. In order to remove heat from the mirror surface, thermoelectric converters 8 that generate EMF are installed on it.

Таким образом, благодаря использованию изобретения, за счет преобразования ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы в электрическую энергию, происходит защита стенки разрядной камеры и обмотки электромагнитов от перегрева, увеличивается срок эксплуатации ЭРД, а также при использовании этой энергии в качестве дополнительного источника питания ЭРД повышается эффективность его работы.Thus, through the use of the invention, by converting the ionizing radiation of a high-temperature plasma into electrical energy, the wall of the discharge chamber and the windings of the electromagnets are protected from overheating, the operating life of the electric propulsion system is increased, and when this energy is used as an additional power source for electric propulsion, its efficiency is increased .

Claims (2)

1. Электроракетный двигатель, содержащий разрядную камеру с соплом-анодом, трубопровод подачи рабочего тела, катод, обмотку электромагнитов, отличающийся тем, что на всей внутренней поверхности разрядной камеры установлены фотоэлектрические и термоэлектрические преобразователи, вырабатывающие электродвижущую силу, причем термоэлектрические преобразователи расположены между корпусом разрядной камеры и фотоэлектрическими преобразователями.1. An electric rocket engine containing a discharge chamber with an anode nozzle, a working fluid supply pipe, a cathode, an electromagnet winding, characterized in that photoelectric and thermoelectric converters generating electromotive force are installed on the entire inner surface of the discharge chamber, the thermoelectric converters being located between the discharge housing cameras and photoelectric converters. 2. Электроракетный двигатель, содержащий разрядную камеру с соплом-анодом, трубопровод подачи рабочего тела, катод, обмотку электромагнитов, отличающийся тем, что внутренняя часть разрядной камеры выполнена из прозрачного диэлектрического материала, снаружи которого расположена зеркальная поверхность с отражающим эффектом внутрь разрядной камеры, а поверх зеркальной поверхности установлены термоэлектрические преобразователи, вырабатывающие электродвижущую силу. 2. An electric rocket engine containing a discharge chamber with an anode nozzle, a working fluid supply pipe, a cathode, an electromagnet winding, characterized in that the inner part of the discharge chamber is made of transparent dielectric material, on the outside of which there is a mirror surface with a reflecting effect inside the discharge chamber, and thermoelectric converters that generate electromotive force are installed on top of the mirror surface.
RU2015119871/06A 2015-05-26 2015-05-26 Electric propulsion engine (versions) RU2602468C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119871/06A RU2602468C1 (en) 2015-05-26 2015-05-26 Electric propulsion engine (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119871/06A RU2602468C1 (en) 2015-05-26 2015-05-26 Electric propulsion engine (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2602468C1 true RU2602468C1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57760014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015119871/06A RU2602468C1 (en) 2015-05-26 2015-05-26 Electric propulsion engine (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2602468C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685597C1 (en) * 2018-03-07 2019-04-22 Акционерное общество "Пространственные системы информации" (АО "ПСИ") Method of intercepting aircraft by self-guided electric propellers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6507142B1 (en) * 2000-07-26 2003-01-14 Aerojet-General Corporation Plume shield for ion accelerators
RU2309293C2 (en) * 2005-03-09 2007-10-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine
US8581483B2 (en) * 2007-09-14 2013-11-12 Thales Electronic Systems Gmbh Device for conducting away lost heat, as well as ion accelerator arrangement having such a device
RU2517004C2 (en) * 2012-06-19 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Cyclotron plasma engine
RU2523658C2 (en) * 2007-09-14 2014-07-20 Таль Электроник Системз Гмбх Electrostatic ion accelerator system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6507142B1 (en) * 2000-07-26 2003-01-14 Aerojet-General Corporation Plume shield for ion accelerators
RU2309293C2 (en) * 2005-03-09 2007-10-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine
US8581483B2 (en) * 2007-09-14 2013-11-12 Thales Electronic Systems Gmbh Device for conducting away lost heat, as well as ion accelerator arrangement having such a device
RU2523658C2 (en) * 2007-09-14 2014-07-20 Таль Электроник Системз Гмбх Electrostatic ion accelerator system
RU2517004C2 (en) * 2012-06-19 2014-05-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Cyclotron plasma engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685597C1 (en) * 2018-03-07 2019-04-22 Акционерное общество "Пространственные системы информации" (АО "ПСИ") Method of intercepting aircraft by self-guided electric propellers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110439770B (en) Anode layer Hall thruster of deep integrated hollow cathode
AR109472A1 (en) AEROSOL GENERATOR DEVICE WITH INDUCTOR
RU2732865C2 (en) Mesh ion engine with solid working medium in it
CN104247575B (en) Equipment for handling exhaust gas in foreline
US20060273732A1 (en) Arrangement for the generation of intensive short-wavelength radiation based on a gas discharge plasma
RU2471261C2 (en) Gas discharge lamp with dielectric barrier
US11572182B2 (en) Preventing electrical breakdown
CN105788998A (en) Small-size and miniwatt hollow barium-tungsten cathode
RU2602468C1 (en) Electric propulsion engine (versions)
CN104244560A (en) Small high-yield deuterium-deuterium neutron generator
TWI497555B (en) Microwave ion source and its starting method
JP5425081B2 (en) Electrostatic ion accelerator
US3569861A (en) Xenon flash lamp for laser pumping in liquid nitrogen
RU2663241C1 (en) Hollow cathode
RU90932U1 (en) HIGH FREQUENCY GENERATOR BASED ON A HOLLOW CATHODE DISCHARGE
KR101718515B1 (en) Fire chamber, plasma generator, plasma generating method
Ivanov et al. Recent progress in studies of plasma heating and stabilization in axisymmetric magnetic mirrors in Novosibirsk
RU2561801C1 (en) Method for testing electric propulsion motor (epm) and bench for its performance
KR20180056171A (en) Underwater plasma torch
RU152775U1 (en) STATIONARY PLASMA ENGINE WITH MODIFIED CHANNEL
RU2568825C2 (en) Electric jet engine plant
RU2549370C1 (en) Cathode of plasma accelerator (versions)
US2359144A (en) Vapor-electric device
CN105590830A (en) Electromagnetic induction ultraviolet lamp capable of realizing ultralow-temperature instant starting
Mishra et al. Development of a 1.5 KW high specific impulse magnetic shielded Hall thruster