RU2618636C2 - Electrical rocket engine - Google Patents
Electrical rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618636C2 RU2618636C2 RU2015140085A RU2015140085A RU2618636C2 RU 2618636 C2 RU2618636 C2 RU 2618636C2 RU 2015140085 A RU2015140085 A RU 2015140085A RU 2015140085 A RU2015140085 A RU 2015140085A RU 2618636 C2 RU2618636 C2 RU 2618636C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- solid fuel
- rocket engine
- plasma
- forming substance
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания электрических реактивных двигателей.The invention relates to the field of electric jet engines.
Известен электрический ракетный двигатель (см., патент РФ №2225533, МПК F03 Н1/00, опубл. 10.03.2004), содержащий сверхзвуковые сопла, канал магнитогидродинамического ускорителя, расположенного в цилиндрической полости между полюсами коаксиального магнитопровода, катушку возбуждения магнитного поля, подключенную к источнику переменной ЭДС, при этом устройство снабжено импульсным высокочастотным источником напряжения, подключенным к дополнительной катушке, установленной на входе канала ускорителя, и диффузором с радиальными диэлектрическими ребрами, при этом катушка возбуждения магнитного поля подключена к источнику переменной ЭДС.A known electric rocket engine (see, RF patent No. 2225533, IPC F03 H1 / 00, published March 10, 2004) containing supersonic nozzles, a channel of a magnetohydrodynamic accelerator located in a cylindrical cavity between the poles of a coaxial magnetic circuit, a magnetic field excitation coil connected to a variable EMF source, and the device is equipped with a pulsed high-frequency voltage source connected to an additional coil installed at the input of the accelerator channel and a diffuser with radial dielectric res ramie, wherein the magnetic field exciting coil is connected to a variable EMF source.
Недостатком является сложность доставки и хранения газообразного топлива, а также небольшой ресурс, что практически не приемлемо для корректирующих двигателей космических аппаратов многолетнего использования.The disadvantage is the complexity of the delivery and storage of gaseous fuel, as well as a small resource, which is practically unacceptable for corrective engines of spacecraft with long-term use.
Известен электрический ракетный двигатель (см., патент РФ №2551140, МПК F03 Н1/00, опубл. 20.05.2015, бюл. №9), содержащий сверхзвуковые сопла, канал магнитогидродинамического ускорителя, расположенного в цилиндрической полости между полюсами коаксиального магнитопровода, катушку возбуждения магнитного поля, подключенную к источнику переменной ЭДС, при этом устройство снабжено импульсным высокочастотным источником напряжения, подключенным к дополнительной катушке, установленной на входе канала ускорителя, и диффузором с радиальными диэлектрическими ребрами, при этом катушка возбуждения магнитного поля подключена к источнику переменной ЭДС, причем электрический ракетный двигатель снабжен источником плазмообразующего вещества, который состоит из электродов с фиксатором положения твердого топлива, состоящее из бобины с намотанной проволокой из металла высокой плотности и привода вращения бобины, а также направляющего приспособления для прямоточного перемещения твердого топлива в источнике плазмообразующего вещества импульсного источника напряжения.Known electric rocket engine (see, RF patent No. 2551140, IPC F03 H1 / 00, publ. 05/20/2015, bull. No. 9) containing supersonic nozzles, a channel of a magnetohydrodynamic accelerator located in a cylindrical cavity between the poles of a coaxial magnetic circuit, an excitation coil magnetic field connected to a source of variable EMF, while the device is equipped with a pulsed high-frequency voltage source connected to an additional coil installed at the input of the accelerator channel and a diffuser with radial dielectric ribs, while the magnetic field excitation coil is connected to a source of variable EMF, and the electric rocket engine is equipped with a plasma-forming substance source, which consists of electrodes with a position lock for solid fuel, consisting of a bobbin with a high-density metal wound wire and a bobbin rotation drive, and also directing devices for direct-flow movement of solid fuel in the source of the plasma-forming substance of the pulse voltage source.
Недостатком является снижение при длительной эксплуатации надежности задаваемой временной периодичности включения в работу двигателя из-за изменяющейся скорости подачи твердого топлива в источник плазмообразующего вещества, вследствие возрастания трения скольжения в зоне контакта между проволокой с высокой плотностью и внутренней поверхностью направляющего приспособления для прямоточного перемещения.The disadvantage is the reduction during the long-term operation of the reliability of the set time frequency for turning the engine on due to the varying rate of supply of solid fuel to the source of the plasma-forming substance, due to an increase in sliding friction in the contact zone between the high-density wire and the inner surface of the guide device for direct-flow movement.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение надежной подачи твердого топлива в источник плазмообразующего вещества при длительной эксплуатации электрического ракетного двигателя в условиях низких отрицательных температур, способствующих возрастанию трения скольжения в зоне контакта проволоки из металла с высокой плотностью и поверхности приспособления для ее прямоточного перемещения.The objective of the invention is the provision of reliable supply of solid fuel to a source of plasma-forming substance during long-term operation of an electric rocket engine at low negative temperatures, contributing to an increase in sliding friction in the contact zone of a metal wire with high density and the surface of the device for its direct-flow movement.
Технический результат достигается тем, что электрический ракетный двигатель содержит сверхзвуковые сопла, канал магнитогидродинамического ускорителя, расположенного в цилиндрической полости между полюсами коаксиального магнитопровода, катушку возбуждения магнитного поля, подключенную к источнику переменной ЭДС, при этом устройство снабжено импульсным высокочастотным источником напряжения, подключенным к дополнительной катушке, установленной на входе канала ускорителя, и диффузором с радиальными диэлектрическими ребрами, при этом катушка возбуждения магнитного поля подключена к источнику переменной ЭДС, причем электрический ракетный двигатель снабжен источником плазмообразующего вещества, который состоит из электродов с фиксатором положения твердого топлива, состоящее из бобины с намотанной проволокой из металла высокой плотности и привода вращения бобины, а также направляющего приспособления для прямоточного перемещения твердого топлива в источнике плазмообразующего вещества и импульсного источника напряжения, при этом поверхность направляющего приспособления со стороны прямоточного перемещения твердого топлива покрыта стеклоподобной пленкой в виде наноматериала.The technical result is achieved in that the electric rocket engine contains supersonic nozzles, a magnetohydrodynamic accelerator channel located in a cylindrical cavity between the poles of the coaxial magnetic circuit, a magnetic field excitation coil connected to a variable emf source, and the device is equipped with a pulsed high-frequency voltage source connected to an additional coil installed at the inlet of the accelerator channel and a diffuser with radial dielectric ribs, at m magnetic field excitation coil is connected to a source of variable EMF, and the electric rocket engine is equipped with a plasma-forming substance source, which consists of electrodes with a solid fuel position lock, consisting of a bobbin with a high-density metal wound wire and a bobbin rotation drive, as well as a guide device for direct-flow movement of solid fuel in the source of the plasma-forming substance and the pulse voltage source, while the surface of the guide features from the side-by-side movement of solid fuel is covered with a glass-like film in the form of nanomaterial.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение электрического ракетного двигателя; на фиг. 2 – внутренняя поверхность направляющего приспособления для прямоточного перемещения твердого топлива с нанопокрытием в виде стеклоподобной пленки.In FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric rocket engine; in FIG. 2 - the inner surface of the guide device for direct-flow movement of solid fuel with nanocoating in the form of a glass-like film.
Электрический ракетный двигатель содержит сверхзвуковые сопла 1, канал 2 магнитогидродинамического ускорителя, расположенного в цилиндрической полости между полюсами коаксиального магнитопровода 3, катушку 4 возбуждения магнитного поля, подключенную к источнику 5 переменной ЭДС, импульсный высокочастотный источник напряжения 6, подключенный к дополнительной катушке 7, установленной на входе в канал 2 ускорителя. Двигатель также содержит диффузор 8 с радиальными диэлектрическими ребрами 9 и источник плазмообразующего вещества 10. Источник плазмообразующего вещества 10 состоит из электродов 11 с фиксатором положения 12 твердого топлива 13, в виде, например, проволоки из металла с высокой плотностью, а также включает устройство подачи твердого топлива 14, состоящее из бобины 15 с намотанной проволокой из металла высокой плотности и привода 16 вращения бобины 15, а также направляющего приспособления 17 для прямоточного перемещения твердого топлива 13 в источнике плазмообразующего вещества 10 и импульсного источника напряжения 18. Поверхность 19 направляющего приспособления 17 для прямоточного перемещения твердого топлива 13 покрыта стеклоподобной пленкой в виде наноматериала 20.The electric rocket engine contains
Электрический ракетный двигатель работает следующим образом.Electric rocket engine operates as follows.
В процессе выпрямления сматываемой с бобины 15 проволоки из металла с высокой плотностью, являющейся твердым топливом 13, в зоне контакта с поверхностями 19 возникает теплота трения скольжения. В связи с тем, что масса направляющего приспособления 17 для прямоточного перемещения твердого топлива значительно превышает массу проволоки 13 из металла с высокой плотностью и соответственно обладает большей тепловой инерцией (grad t1) в соответствии с тепловой инерцией проволоки (grad t2) по условию взаимного нахождения в среде с низкими температурами окружающей среды, то в зоне контакта – выпрямления сматываемой с бобины 15 проволоки образуются термонапряжения, обусловленные встречно направленными градиентами температур (grad t1 и grad t2) при нестационарном режиме теплообмена (см., например, стр. 136-141, П.В. Цой «Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса», М. Энергия – 1971, 384 с., ил.). В результате скорость перемещения твердого топлива 13 из-за более скоростного прогрева проволоки и соответственно возрастание сопротивление скольжению по поверхностям 19 направляющего устройства 17 уменьшаются, нарушая режим работы электрического ракетного двигателя, т.е. надежной его работы.In the process of straightening a metal wire with a high density being a
При нанесении на поверхности 19 наноматериала 20 путем электрохимического растворения металла (см., например, Киш Л. Кинематика электрохимического растворения металлов. М.: Мир, - 1990, 272 с., ил.; Литвинова В.А.. Саврук Е.В. Нанообразная, стеклообразная пленка из тантала. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом//Сб. трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике»- Томск: ТЕХИиГАУ-Вып.12, -2010, - с. 299-301) с образованием стеклоподобной пленки, встречно направленные температурные градиенты (grad t1 и grad t2) недостаточны по суммарному абсолютному значению для разрушения наноматериала 20 и твердое топливо 13 в заданном режиме в процессе выпрямления скользит между поверхностями 19 в источник плазмообразующего вещества 10, обеспечивая надежную работу при длительной эксплуатации электрического ракетного двигателя.When applied to the
Твердое топливо 13 в виде проволоки из металла с высокой плотностью перемещается из устройства подачи 14 посредством сматывания с бобины 15 при вращении привода 16 через направляющее устройство 17, где выпрямляется и прямоточно подается в источник плазмообразующего вещества 10, а при контакте с фиксатором положения 12 закрепляется на электродах 11. После этого включается система импульсного источника напряжения 18 и подается разряд между электродами 11, что способствует возникновению плазменных сгустков перед входом в сверхзвуковое сопло 1. Затем включается система, содержащая источник импульсного высокочастотного напряжения 6, который подключен к дополнительной катушке 7. Расход топлива определяется скоростью подачи проволоки, скважностью источника импульсного напряжения 18 и его мощностью.
Систему импульсного высокочастотного разряда 6 периодически включают с заданной временной скважностью, и каждое включение формирует в газовом потоке плазменный сгусток на входе канала 2 МГД ускорителя. Внешним источником переменной ЭДС создается переменный ток в катушке возбуждения 4, что порождает переменное во времени радиальное магнитное поле между полюсами коаксиального магнитопровода 3. Это генерирует вихревое электрическое поле азимутального направления. Под воздействием азимутального электрического и радиального магнитного полей из плазменных сгустков формируются самоподдерживающиеся азимутальные плазменные токовые витки (Т-слои), которые в свою очередь действуют на газовый поток как ускоряющие поршни. После канала МГД-ускорителя ускоренный поток попадает в расширяющийся канал-диффузор 8, в котором установлены радиальные диэлектрические ребра 9. Ребра обтекаются газовым потоком, но на них разрываются электрические цепи Т-слоев, что позволяет прервать электродинамическую стадию ускорения потока. В диффузоре 8, являющемся продолжением канала МГД-ускорителя, осуществляется дальнейшее ускорение газового потока за счет тепловой энергии, перешедшей из Т-слоев в поток.The system of pulsed high-frequency discharge 6 is periodically turned on with a predetermined time duty cycle, and each inclusion forms a plasma bunch in the gas stream at the inlet of
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в поддержании надежной работы при длительной эксплуатации электрического ракетного двигателя как корректирующего устройства для космических аппаратов, путем обеспечения заданной временной периодичности поступления твердого топлива в источник плазменного вещества, вследствие устранения снижения, скорости перемещения проволоки из металла с высокой плотностью за счет покрытия поверхностей направляющего устройства для прямоточного перемещения стеклоподобной пленкой в виде наноматериала, способствующей постоянству скольжения в процессе выпрямления в независимости от температурных градиентов, т.е. термонапряжения.The originality of the invention lies in maintaining reliable operation during the long-term operation of an electric rocket engine as a corrective device for spacecraft, by ensuring a predetermined time frequency of the supply of solid fuel to the plasma source, due to the elimination of the decrease in the speed of movement of a wire of metal with high density due to coating surfaces directing device for direct-flow movement with a glass-like film in the form of nan material that promotes sliding constancy in the process of straightening regardless of temperature gradients, i.e. thermal stress.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015140085A RU2618636C2 (en) | 2015-09-22 | 2015-09-22 | Electrical rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015140085A RU2618636C2 (en) | 2015-09-22 | 2015-09-22 | Electrical rocket engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2618636C2 true RU2618636C2 (en) | 2017-05-05 |
Family
ID=58697791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015140085A RU2618636C2 (en) | 2015-09-22 | 2015-09-22 | Electrical rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2618636C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727103C2 (en) * | 2018-10-02 | 2020-07-20 | Акционерное Общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Electric jet propulsion plant |
RU2764496C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-01-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Magnetoplasma electric jet engine |
EP3807533A4 (en) * | 2018-06-13 | 2022-03-09 | CU Aerospace, LLC | Fiber-fed advanced pulsed plasma thruster (fppt) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3032978A (en) * | 1958-11-06 | 1962-05-08 | Republic Aviat Corp | Magnetic compression engine |
CH620796A5 (en) * | 1977-03-11 | 1980-12-15 | Banyaszati Kutato Intezet | Method for magnetohydrodynamic generation of electrical energy in an MHD generator which is driven using fuel |
RU2225533C2 (en) * | 2002-04-08 | 2004-03-10 | Красноярский государственный технический университет | Rocket electric motor |
RU2551140C2 (en) * | 2013-09-25 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Electrical rocket engine |
-
2015
- 2015-09-22 RU RU2015140085A patent/RU2618636C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3032978A (en) * | 1958-11-06 | 1962-05-08 | Republic Aviat Corp | Magnetic compression engine |
CH620796A5 (en) * | 1977-03-11 | 1980-12-15 | Banyaszati Kutato Intezet | Method for magnetohydrodynamic generation of electrical energy in an MHD generator which is driven using fuel |
RU2225533C2 (en) * | 2002-04-08 | 2004-03-10 | Красноярский государственный технический университет | Rocket electric motor |
RU2551140C2 (en) * | 2013-09-25 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Electrical rocket engine |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3807533A4 (en) * | 2018-06-13 | 2022-03-09 | CU Aerospace, LLC | Fiber-fed advanced pulsed plasma thruster (fppt) |
RU2727103C2 (en) * | 2018-10-02 | 2020-07-20 | Акционерное Общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Electric jet propulsion plant |
RU2764496C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-01-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Magnetoplasma electric jet engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2618636C2 (en) | Electrical rocket engine | |
CN110486243B (en) | Micro-cathode arc propulsion system | |
US7294969B2 (en) | Two-stage hall effect plasma accelerator including plasma source driven by high-frequency discharge | |
CN104093978A (en) | Hall effect thruster | |
JP2009524201A5 (en) | ||
JP2006310013A (en) | Accelerator for all kinds of ions and controlling method therefor | |
CN106643286B (en) | A kind of multipole reclosing type electromagnetic launch system | |
JP5439393B2 (en) | Power supply | |
TW201008651A (en) | Ionic fluid flow accelerator | |
Yingwei et al. | Analysis and evaluation of three-stage twisty octapole field electromagnetic launcher | |
CN104964600B (en) | A kind of many guide rails rotating electromagnetic railgun | |
EP2838324A1 (en) | Plasma generation device, vapor deposition device, and vapor deposition method | |
RU2551140C2 (en) | Electrical rocket engine | |
CN106595390A (en) | Inhibition method for armature melting based on armature pre-acceleration with goal of reducing heat accumulation on contract surface | |
Zhang et al. | Study on multi-segment asynchronous induction coilgun launcher | |
US9341435B1 (en) | Electromagnetic launcher | |
RU2612312C1 (en) | Artificial satellite | |
Su et al. | The feasibility study of high-velocity multi-stage induction coilgun | |
CN102413627B (en) | Method for changing parameter of plasma | |
US11333462B2 (en) | Electromagnetic accelerator | |
CN109234699A (en) | Arc source magnetic field device, adjusting method and arc ion plating film device | |
Zhang et al. | Effects of cathode materials and arc current on optimal bias of a cathodic arc through a magnetic duct | |
JP5850713B2 (en) | Magnetron sputtering apparatus and magnetron sputtering method | |
CN103469165B (en) | Based on the rectangle plane cathode arc target of distributed electrical magnet | |
Jacob et al. | A Study on Improving Single Stage Coil Gun |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170923 |