RU2818410C1 - Electrojet propulsion system - Google Patents

Electrojet propulsion system Download PDF

Info

Publication number
RU2818410C1
RU2818410C1 RU2023120060A RU2023120060A RU2818410C1 RU 2818410 C1 RU2818410 C1 RU 2818410C1 RU 2023120060 A RU2023120060 A RU 2023120060A RU 2023120060 A RU2023120060 A RU 2023120060A RU 2818410 C1 RU2818410 C1 RU 2818410C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
discharge chamber
storage tank
chamber
collection device
Prior art date
Application number
RU2023120060A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Геннадьевич Дроздов
Дмитрий Павлович Шматов
Татьяна Александровна Башарина
Анастасия Витальевна Левина
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ИнтерПолярис" (ООО НПП "ИнтерПолярис")
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ВГТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ИнтерПолярис" (ООО НПП "ИнтерПолярис"), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ВГТУ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ИнтерПолярис" (ООО НПП "ИнтерПолярис")
Application granted granted Critical
Publication of RU2818410C1 publication Critical patent/RU2818410C1/en

Links

Abstract

FIELD: space engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electric rocket engines with inductive plasma source using outboard atmosphere as working medium. Electrojet propulsion system comprises a gas-collecting device, a heat-stabilizing chamber, hermetically connected to the gas collecting device and a storage tank, gas-discharge chamber installed coaxially to gas collecting device. Gas-discharge chamber is a hollow cylinder, the walls of which are made of radiotransparent dielectric material. One end of the gas-discharge chamber is connected through gas lines, including shutoff and control valves, with a storage tank, and the other is openly communicated with the environment. Working medium ionization and acceleration system includes an antenna located coaxially to the gas-discharge chamber, a high-frequency generator, matching unit of high-frequency generator and antenna, constants or electromagnets and power supply. Outboard gas collection device is adjustable and is made in the form of a structure of variable cross section and/or variable opening angle. Thermostabilizing chamber is tightly connected to the storage tank by gas mains through a blower and a device which prevents gas backflow.
EFFECT: higher spacecraft maneuverability, possibility of its operation in low orbit of atmosphere celestial bodies, higher efficiency.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с индуктивным источником плазмы, использующим в качестве рабочего тела забортную атмосферу и предназначенным для увеличения срока эксплуатации и осуществления управляемого перемещения летательных космических аппаратов в пространстве на низких орбитах небесных тел, обладающих атмосферой.The invention relates to space technology, in particular to electric rocket propulsion systems with an inductive plasma source, using an outboard atmosphere as a working fluid and intended to increase the service life and implement controlled movement of flying spacecraft in space in low orbits of celestial bodies with an atmosphere.

Известен воздушно-реактивный электростатический ионный двигатель (см. патент US № 758I380B2 от 01.09.2009 г., кл. МПК F03HI/0043). Электростатический ионный двигатель, который использует атмосферный газ в качестве рабочего тела, содержит корпус, газоразрядную камеру, образованную непроводящей внешней поверхностью и проводящей внутренней поверхностью, в которую поступает атмосферный газ и ионизируется электронами, испускаемыми внутренним электродом (электронной пушкой). Двигатель содержит электрически заряженные электроды на концах камеры, при этом эмиссионный пропускает атмосферный газ в камеру, ионизируя его, а ионно-оптическая система, состоящая из пары электродов, притягивает заряженные ионы и ускоряет их. Один или несколько магнитов образуют внешнее магнитное поле. Узел нейтрализации (катод-нейтрализатор) в задней части корпуса выравнивает ионно-электронное равновесие и поддерживает ионный двигатель в нейтральном электрическом потенциале посредством катода-нейтрализатора.An air-jet electrostatic ion engine is known (see US patent No. 758I380B2 dated September 1, 2009, IPC class F03HI/0043). An electrostatic ion engine, which uses atmospheric gas as a working fluid, contains a housing, a gas-discharge chamber formed by a non-conducting outer surface and a conducting inner surface, into which atmospheric gas enters and is ionized by electrons emitted by an internal electrode (electron gun). The engine contains electrically charged electrodes at the ends of the chamber, while the emission one passes atmospheric gas into the chamber, ionizing it, and the ion-optical system, consisting of a pair of electrodes, attracts charged ions and accelerates them. One or more magnets form an external magnetic field. The neutralization unit (cathode-neutralizer) at the rear of the housing equalizes the ion-electronic equilibrium and maintains the ion engine at a neutral electrical potential through the cathode-neutralizer.

Основным недостатком приведенной конструкции является ионная эрозия электродов системы, ограничивающая ресурс работы, изменяющая в процессе разрушения электродов скорость и направление движения частиц, и, как следствие, параметры формируемой тяги. Электроды также накладывают ограничения на диапазон передаваемой плазме волновой мощности из-за ограничения предельно допустимой концентрации заряженных частиц, что приводит к зависимости производительности двигателя от конструктивно достижимой разницы потенциалов на электродах. Еще одним недостатком является принцип ускорения рабочего тела, приводящий к пространственному разделению зарядов на ионы и электроны, необходимости использования катода-нейтрализатора и катода в камере двигателя, отбирающего избыток электронов из объема газоразрядной камеры.The main disadvantage of the above design is ion erosion of the system electrodes, which limits the service life, changing the speed and direction of particle movement during the destruction of the electrodes, and, as a consequence, the parameters of the generated thrust. The electrodes also impose restrictions on the range of wave power transmitted to the plasma due to the limitation of the maximum permissible concentration of charged particles, which leads to a dependence of the engine performance on the structurally achievable potential difference across the electrodes. Another disadvantage is the principle of acceleration of the working fluid, which leads to the spatial separation of charges into ions and electrons, the need to use a cathode-neutralizer and a cathode in the engine chamber, which removes excess electrons from the volume of the gas-discharge chamber.

Также существенный недостаток заключается в отсутствии возможности накопления атмосферного газа, что ставит работу двигательной установки в прямую зависимость от локальных изменений плотности забортного газа, что обуславливает нестабильность рабочих параметров двигателя, таких как потребляемая мощность и производимая тяга, что провоцирует, в свою очередь, нагрузку на системы бортового питания и управления.Also, a significant drawback is the lack of possibility of accumulation of atmospheric gas, which makes the operation of the propulsion system directly dependent on local changes in the density of the outboard gas, which causes instability of the engine operating parameters, such as power consumption and thrust produced, which, in turn, provokes a load on on-board power supply and control systems.

Также существенный недостаток заключается в отсутствии термостабилизации набегающих молекул газа, поскольку частицы атмосферы обладают высокими скоростями (относительно рассматриваемой системы «космический аппарат - частица»), и, попадая во внутренний объем газоразрядной камеры через первый электрод, будут подвергать его сильной эрозии, при этом частично не подвергнувшись процессу ионизации.Also, a significant drawback is the lack of thermal stabilization of incoming gas molecules, since atmospheric particles have high speeds (relative to the “spacecraft-particle” system under consideration), and, entering the internal volume of the gas-discharge chamber through the first electrode, will subject it to severe erosion, while partially without undergoing the ionization process.

Известен прямоточный электрореактивный двигатель (см. патент RU № 2614906 от 05.04.2016 г., кл. МПК F03H 1/00, МПК H05H 1/54), содержащий нейтрализатор пространственного заряда ионного тока, диэлектрический транспортирующий канал, цилиндрический прямоточный канал, на входе в который установлено газосборное устройство с осевыми каналами, вход которых сообщен с входной камерой. Ионно-оптическая система расположена в выходном отверстии прямоточного канала и включает в себя эмиссионный электрод, ускоряющий электрод и замедляющий электрод, подключенные к источнику электропитания. В камере установлен соосный спиралевидный индуктор с переменной площадью поперечного сечения поверхности вращения, увеличивающейся в направлении от газосборного устройства к электродам ионно-оптической системы.A direct-flow electric jet engine is known (see patent RU No. 2614906 dated 04/05/2016, class IPC F03H 1/00, IPC H05H 1/54), containing a space charge neutralizer of the ion current, a dielectric transport channel, a cylindrical direct-flow channel at the inlet in which a gas collection device with axial channels is installed, the entrance of which is connected to the inlet chamber. The ion-optical system is located in the outlet of the direct-flow channel and includes an emission electrode, an accelerating electrode and a decelerating electrode connected to a power source. The chamber contains a coaxial spiral inductor with a variable cross-sectional area of the surface of rotation, increasing in the direction from the gas collection device to the electrodes of the ion-optical system.

Недостатком указанного изобретения является отсутствие возможности запасать и регулируемо расходовать атмосферный газ, что делает работу электрореактивного двигателя зависимой от локальных скачков плотности атмосферного газа, характеристики двигателя - переменными, а выполнение орбитальных маневров - более сложными в части контроля и выполнения. Также недостатком является пространственное разделение зарядов, требующее компенсации посредством применения нейтрализатора, и использование подверженных эрозии электродов для ускорения ионизированных частиц.The disadvantage of this invention is the inability to store and controllably consume atmospheric gas, which makes the operation of an electric jet engine dependent on local changes in the density of atmospheric gas, the characteristics of the engine are variable, and the execution of orbital maneuvers is more complex in terms of control and execution. Also disadvantageous is the spatial separation of charges, which requires compensation through the use of a neutralizer, and the use of eroded electrodes to accelerate ionized particles.

Наиболее близким из известных технических решений является двигатель на забортном воздухе с геликонным источником плазмы для поддержания малых космических аппаратов на низкой околоземной орбите (см. патент № RU2703854 CI, от 22.10.2019 г, кл. МПКF03H1/00).The closest known technical solution is an outboard air engine with a helicon plasma source to support small spacecraft in low Earth orbit (see patent No. RU2703854 CI, dated October 22, 2019, class MPKF03H1/00).

Изобретение относится к электроракетным двигательным установкам, в частности к электрическим ракетным двигателям с геликонным источником плазмы, использующим в качестве рабочего тела забортную атмосферу, предназначенным, главным образом, для установки на малых летательных аппаратах. Двигатель содержит термостабилизирующий канал, ресивер и газоразрядную камеру в едином двигательном тракте, ВЧ-антенну, ВЧ-генератор, устройство согласования нагрузки и ВЧ-генератора, постоянные или электромагниты и по меньшей мере один источник электропитания.The invention relates to electric rocket propulsion systems, in particular to electric rocket engines with a helicon plasma source using the outboard atmosphere as a working fluid, intended mainly for installation on small aircraft. The engine contains a thermal stabilizing channel, a receiver and a gas-discharge chamber in a single motor path, an RF antenna, an RF generator, a device for matching the load and the RF generator, permanent or electromagnets and at least one power supply.

Недостатком данного прототипа является отсутствие возможности регулировать количество забираемого атмосферного газа, что делает управление двигательной установкой менее гибким, а программу выполнения орбитального маневра более сложной. Нерегулируемая полезная площадь воздухозаборника обуславливает увеличение значения аэродинамического сопротивления космического аппарата по мере роста давления внутри термостабилизирущего канала и ресивера, связанного с уменьшением массового расхода газа в двигателе или при его постоянстве с уменьшением давления окружающего пространства, что приводит к необходимости увеличить продолжительность работы двигателя или его мощность для компенсации потери орбитальной скорости аппарата.The disadvantage of this prototype is the inability to regulate the amount of atmospheric gas taken in, which makes control of the propulsion system less flexible and the program for performing the orbital maneuver more complex. The unregulated useful area of the air intake causes an increase in the aerodynamic resistance of the spacecraft as the pressure inside the thermal stabilization channel and receiver increases, associated with a decrease in the mass flow of gas in the engine or, if it is constant, with a decrease in the ambient pressure, which leads to the need to increase the duration of operation of the engine or its power to compensate for the loss of the orbital speed of the device.

Также недостатком данного прототипа является отсутствие возможности запасать атмосферный газ, так как набегающего потока частиц в различных условиях эксплуатации космического аппарата может не хватать для формирования тяги, компенсирующей аэродинамическое торможение космического аппарата, но схема прототипа не предусматривает каких-либо резервов рабочего тела для орбитальных маневров космического аппарата.Also, a disadvantage of this prototype is the inability to store atmospheric gas, since the oncoming flow of particles in various operating conditions of the spacecraft may not be enough to generate thrust that compensates for the aerodynamic braking of the spacecraft, but the prototype design does not provide for any reserves of the working fluid for orbital maneuvers of the spacecraft. apparatus.

Также недостатком данного прототипа является наличие единого двигательного тракта, что накладывает существенные ограничения на конструкцию летательного аппарата, поскольку применение двигательной установки такой компоновки предполагает либо рост лобового сопротивления за счет размещения двигательной установки в отдельной гондоле, либо применение относительно двигательной установки соосного расположения остальных элементов космического аппарата.Also, a disadvantage of this prototype is the presence of a single propulsion tract, which imposes significant restrictions on the design of the aircraft, since the use of a propulsion system of such a configuration involves either an increase in drag due to the placement of the propulsion system in a separate gondola, or the use of a coaxial arrangement of the remaining elements of the spacecraft relative to the propulsion system .

Технический эффект, достигаемый предложенной электрореактивной двигательной установкой, заключается в увеличении маневренности космического аппарата, возможности его эксплуатации на низких орбитах небесных тел, обладающих атмосферой, и росте КПД, вызванных применением в конструкции двигательной установки регулируемого газосборного устройства, эффективно собирающего забортную атмосферу, нагнетателя и газонакопительной емкости, контролируемо запасающих и расходующих рабочее тело, предотвращающих его обратный ход при одновременной стабилизации и замедлении, приводящих к росту значения объемной концентрации ионизированных частиц в газоразрядной камере, а также газовых магистралей, обеспечивающих промышленную реализуемость за счет применения свободной компоновки двигательной установки в составе летательного аппарата посредством разнесения узлов и агрегатов двигательной установки. Устраняется необходимость увеличения габаритов летательного аппарата за счет вынесения двигательной установки или конструктивные ограничения на его компоновку. Повышается плотность тяги и величина удельного импульса тяги за счет применения индуктивного источника плазмы, повышающего степень ионизации рабочего тела.The technical effect achieved by the proposed electric propulsion system is to increase the maneuverability of the spacecraft, the possibility of its operation in low orbits of celestial bodies with an atmosphere, and the increase in efficiency caused by the use in the design of the propulsion system of an adjustable gas collection device that effectively collects the outboard atmosphere, a supercharger and a gas storage containers that store and consume the working fluid in a controlled manner, preventing its reverse motion while simultaneously stabilizing and slowing down, leading to an increase in the volume concentration of ionized particles in the gas-discharge chamber, as well as gas lines that ensure industrial feasibility through the use of a free layout of the propulsion system as part of the aircraft by separating components and assemblies of the propulsion system. The need to increase the dimensions of the aircraft by moving the propulsion system or design restrictions on its layout is eliminated. The thrust density and the specific thrust impulse are increased due to the use of an inductive plasma source, which increases the degree of ionization of the working fluid.

Указанный технический эффект достигается в электрореактивной двигательной установке, содержащей газосборное устройство, термостабилизирующую камеру, герметично соединенную с газосборным устройством и накопительной емкостью, газоразрядную камеру, установленную соосно газосборному устройству и представляющую собой полый цилиндр, стенки которого выполнены из радиопрозрачного диэлектрического материала, один торец которой соединен через газовые магистрали, включающие запорно-регулирующую арматуру, с накопительной емкостью, а другой открыто сообщен с внешней средой, систему ионизации и ускорения рабочего тела, включающую антенну, расположенную соосно газоразрядной камере, высокочастотный генератор, блок согласования высокочастотного генератора и антенны, постоянные или электромагниты и источник питания, отличающейся тем, что устройство сбора забортного газа регулируемое и выполнено в виде конструкции переменного поперечного сечения и/или переменного угла раскрытия, термостаблизирующая камера через нагнетатель и устройство, предотвращающее обратный ход газа, герметично соединена с накопительной емкостью газовыми магистралями.The specified technical effect is achieved in an electric propulsion system containing a gas collection device, a heat-stabilizing chamber, hermetically connected to the gas collection device and a storage tank, a gas-discharge chamber installed coaxially to the gas collection device and representing a hollow cylinder, the walls of which are made of radio-transparent dielectric material, one end of which is connected through gas lines, including shut-off and control valves, with a storage tank, and the other openly communicated with the external environment, a system for ionization and acceleration of the working fluid, including an antenna located coaxially with the gas-discharge chamber, a high-frequency generator, a matching unit for the high-frequency generator and antennas, permanent or electromagnets and a power source, characterized in that the outboard gas collection device is adjustable and made in the form of a structure of variable cross-section and/or variable opening angle, the thermostabilizing chamber is hermetically connected to the storage tank through gas lines through a supercharger and a device that prevents gas backflow.

Двигательный тракт выполнен в виде газовых магистралей, а узлы и агрегаты двигательной установки разнесены в составе летательного аппарата.The propulsion tract is made in the form of gas lines, and the components and assemblies of the propulsion system are spaced within the aircraft.

Суть изобретения поясняется на чертеже, где показано, что в состав низкоорбитального электрореактивного двигателя входят:The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows that the low-orbit electric propulsion engine includes:

1 - газосборное устройство;1 - gas collection device;

2 - термостабилизирующая камера;2 - thermal stabilizing chamber;

3 - газовая магистраль;3 - gas line;

4 - нагнетатель;4 - supercharger;

5 - накопительная емкость;5 - storage capacity;

6 - газоразрядная камера;6 - gas discharge chamber;

7 - охлаждающая система;7 - cooling system;

8 - антенна;8 - antenna;

9 - ВЧ-генератор;9 - RF generator;

10 - согласующее устройство;10 - matching device;

11 - постоянные или электромагниты;11 - permanent or electromagnets;

12 - источник питания;12 - power supply;

13 - запорно-регулирующая арматура.13 - shut-off and control valves.

Конструктивно низкоорбитальный электрореактивный двигатель содержит регулируемое устройство сбора забортного газа (1) и герметично соединенную с ним одним торцом термостабилизирующую камеру (2), другой торец которой посредством газовых магистралей (3) герметично соединен с нагнетателем (4). Накопительная емкость (5) герметично соединена газовыми магистралями (3) последовательно между нагнетателем (4) и газоразрядной камерой (6), на внешней оболочке которой последовательно расположены охлаждающая система (7) и соосная плазмообразующая антенна (8), подключенная к ВЧ-генератору (9) через согласующее устройство (10); магнитная система состоит из постоянных или электромагнитов (11), питание осуществляется, по крайней мере, одним источником питания (12). Газовые магистрали (3) оснащены элементами запорно-регулирующей арматуры (13).Structurally, the low-orbit electric jet engine contains an adjustable outboard gas collection device (1) and a thermal stabilizing chamber (2) hermetically connected to it at one end, the other end of which is hermetically connected to the supercharger (4) through gas lines (3). The storage tank (5) is hermetically connected by gas lines (3) in series between the supercharger (4) and the gas-discharge chamber (6), on the outer shell of which a cooling system (7) and a coaxial plasma-forming antenna (8) connected to the RF generator ( 9) through a matching device (10); the magnetic system consists of permanent or electromagnets (11), power is provided by at least one power source (12). Gas lines (3) are equipped with elements of shut-off and control valves (13).

Работа низкоорбитального электрореактивного двигателя осуществляется следующим образом. Газосборное устройство (1) собирает частицы разреженной забортной атмосферы и направляет в герметично соединенную с газосборным устройством (1) термостабилизирующую камеру (2), в которой частицы атмосферного газа за счет многократных соударений с внутренними стенками термостабилизируещей камеры (2) и друг с другом выравнивают свою энергию, замедляя скорость, что в конечном итоге приводит к росту значения объемной концентрации ионизированных частиц в газоразрядной камере (6). Применение в конструкции двигательной установки нагнетателя (4), отбирающего разреженный газ из термостабилизирующей камеры (2) через газовые магистрали (3) в накопительную емкость (5), позволяет помимо эффективного сбора частиц газа также увеличить количество проходящего через единицу площади газосборного устройства (1) атмосферного газа за счет поддержания необходимого соотношения объемных концентраций частиц между термостабилизирующей камерой (2) и пространством перед газосборным устройством (1). Для обеспечения наилучшей энергоэффективности нагнетатель (4) может оснащаться устройством, включающим его только по достижении в термостабилизирующей камере (2) определенной концентрации частиц забортного газа. Накопительная емкость (5) герметично соединена газовыми магистралями (3) последовательно с нагнетателем (4) и газоразрядной камерой (6), и оснащена элементами запорно-регулирующей арматуры (13), предотвращающими обратный ход рабочего тела и регулирующей его массовый расход с целью поддержания неизменных величин рабочих параметров двигателя, таких как тяга и удельный импульс. В газоразрядной камере (6), выполненной из радиопрозрачного диэлектрического материала в виде полого цилиндра со с внутренним диаметром, удовлетворяющим критерию Дебая для требуемых рабочих условий, частицы забортного газа, собранные устройством сбора забортного воздуха (1), замедленные и выравненные по скоростям в термостабилизирующей камере (2), отведенные по газовым магистралям нагнетателем (4) в накопительную емкость (5), запасенные и равномерно расходуемые из накопительной емкости (5), ионизируются под действием волн Трайвелписа-Гоулда или косых волн Ленгмюра, т.е. под действием спирального электромагнитного поля, являющегося суперпозицией полей: постоянного внешнего магнитного, создаваемого магнитной системой, состоящей из постоянных или электромагнитов (11) и по крайней мере одного источника питания (12), и электромагнитного поля, создаваемого плазмообразующей антенной (8), при подаче на которую ВЧ-мощности через согласующее устройство (10) от ВЧ-генератора (9) по линии электрической связи плазмообразующая антенна (8) - согласующее устройство (10). Согласующее устройство (10) нагрузки (плазмообразующей антенны (8) и плазмы в газоразрядной камере (6)) с ВЧ-генератором (9), находящегося на линии электрической связи плазмообразующей антенны (8) с ВЧ-генератором (9), доводит импеданс нагрузки (плазмообразующей антенны (8) и плазмы в газоразрядной камере (6)) до значений, равных импедансу ВЧ-генератора (9). Таким образом, на линии электрической связи плазмообразующей антенны (8) с ВЧ-генератором (9) понижаются потери ВЧ-мощности.The operation of a low-orbit electric propulsion engine is carried out as follows. The gas collection device (1) collects particles of the rarefied outboard atmosphere and directs them into a heat-stabilizing chamber (2) sealed with the gas collection device (1), in which the particles of atmospheric gas, due to repeated collisions with the inner walls of the heat-stabilizing chamber (2) and with each other, align their energy, slowing down the speed, which ultimately leads to an increase in the volume concentration of ionized particles in the gas-discharge chamber (6). The use of a supercharger (4) in the design of the propulsion system, which extracts rarefied gas from the thermostabilizing chamber (2) through gas lines (3) into a storage tank (5), allows, in addition to the effective collection of gas particles, also to increase the amount of gas collection device (1) passing through a unit area. atmospheric gas by maintaining the required ratio of volumetric particle concentrations between the thermostabilizing chamber (2) and the space in front of the gas collection device (1). To ensure the best energy efficiency, the supercharger (4) can be equipped with a device that turns it on only when a certain concentration of sea gas particles is reached in the thermostabilizing chamber (2). The storage tank (5) is hermetically connected by gas lines (3) in series with the supercharger (4) and the gas-discharge chamber (6), and is equipped with elements of shut-off and control valves (13) that prevent the reverse flow of the working fluid and regulate its mass flow in order to maintain constant values of engine operating parameters, such as thrust and specific impulse. In the gas-discharge chamber (6), made of a radio-transparent dielectric material in the form of a hollow cylinder with an internal diameter that satisfies the Debye criterion for the required operating conditions, particles of outboard gas collected by the outboard air collection device (1) are slowed down and equalized in speed in the heat-stabilizing chamber (2), diverted through gas lines by a supercharger (4) into a storage tank (5), stored and uniformly consumed from the storage tank (5), are ionized under the action of Trivelpiece-Gould waves or oblique Langmuir waves, i.e. under the influence of a spiral electromagnetic field, which is a superposition of fields: a constant external magnetic field created by a magnetic system consisting of permanent or electromagnets (11) and at least one power source (12), and an electromagnetic field created by a plasma-forming antenna (8), when applying to which the RF power through the matching device (10) from the HF generator (9) via the electrical communication line plasma antenna (8) - matching device (10). The matching device (10) of the load (plasma-forming antenna (8) and plasma in the gas-discharge chamber (6)) with the RF generator (9), located on the electrical communication line of the plasma-forming antenna (8) with the RF generator (9), adjusts the load impedance (plasma-forming antenna (8) and plasma in the gas-discharge chamber (6)) to values equal to the impedance of the RF generator (9). Thus, on the electrical connection line of the plasma-forming antenna (8) with the RF generator (9), RF power losses are reduced.

Преимуществом приведенной электрореактивной двигательной установки является повышение маневренности летательного аппарата, возможность его эксплуатации на низких орбитах небесных тел, обладающих атмосферой, и рост КПД, промышленная реализуемость и отсутствие конструктивных ограничений на компоновку при сохранении миниатюризации массогабаритных параметров летательных аппаратов, высокая энергоэффективность, достигаемая повышением плотности и значения тяги и удельного импульса двигательной установки.The advantage of the above electric propulsion system is an increase in the maneuverability of the aircraft, the possibility of its operation in low orbits of celestial bodies with an atmosphere, and an increase in efficiency, industrial feasibility and the absence of design restrictions on the layout while maintaining miniaturization of the weight and size parameters of the aircraft, high energy efficiency achieved by increasing the density and values of thrust and specific impulse of the propulsion system.

Таким образом, реализация изобретения приведет к возможности промышленной применимости и эксплуатации нового сегмента низкоорбитальных двигательных установок и научно-исследовательской эксплуатации неосвоенных орбит небесных тел, обладающих атмосферой.Thus, the implementation of the invention will lead to the possibility of industrial applicability and operation of a new segment of low-orbit propulsion systems and scientific research operation of undeveloped orbits of celestial bodies with an atmosphere.

Claims (2)

1. Электрореактивная двигательная установка, содержащая газосборное устройство, термостабилизирующую камеру, герметично соединенную с газосборным устройством и накопительной емкостью, газоразрядную камеру, установленную соосно газосборному устройству и представляющую собой полый цилиндр, стенки которого выполнены из радиопрозрачного диэлектрического материала, один торец которой соединен через газовые магистрали, включающие запорно-регулирующую арматуру, с накопительной емкостью, а другой открыто сообщен с внешней средой, систему ионизации и ускорения рабочего тела, включающую антенну, расположенную соосно газоразрядной камере, высокочастотный генератор, блок согласования высокочастотного генератора и антенны, постоянные или электромагниты и источник питания, отличающаяся тем, что устройство сбора забортного газа регулируемое и выполнено в виде конструкции переменного поперечного сечения и/или переменного угла раскрытия, термостаблизирующая камера через нагнетатель и устройство, предотвращающее обратный ход газа, герметично соединена с накопительной емкостью газовыми магистралями.1. An electric propulsion system containing a gas collection device, a thermal stabilizing chamber hermetically connected to the gas collection device and a storage tank, a gas discharge chamber installed coaxially to the gas collection device and representing a hollow cylinder, the walls of which are made of radiotransparent dielectric material, one end of which is connected through gas lines , including shut-off and control valves, with a storage tank, and the other is openly communicated with the external environment, a system for ionization and acceleration of the working fluid, including an antenna located coaxially with the gas-discharge chamber, a high-frequency generator, a matching unit for the high-frequency generator and antenna, permanent or electromagnets and a power source , characterized in that the outboard gas collection device is adjustable and made in the form of a structure of variable cross-section and/or variable opening angle, the thermostabilizing chamber is hermetically connected to the storage tank through gas lines through a supercharger and a device that prevents gas backflow. 2. Двигательная установка по п. 1, отличающаяся тем, что двигательный тракт выполнен в виде газовых магистралей, а узлы и агрегаты двигательной установки разнесены в составе летательного аппарата.2. The propulsion system according to claim 1, characterized in that the propulsion tract is made in the form of gas lines, and the components and assemblies of the propulsion system are spaced apart within the aircraft.
RU2023120060A 2023-07-31 Electrojet propulsion system RU2818410C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818410C1 true RU2818410C1 (en) 2024-05-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460892C1 (en) * 2011-04-29 2012-09-10 Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" Method of adjusting supersonic air intake
EP2853737A1 (en) * 2012-05-22 2015-04-01 Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering Fuel-free spacecraft propelling system based on spatial atomic oxygen and propelling method
RU2703854C1 (en) * 2018-11-28 2019-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Engine at outboard air with a helicon plasma source for supporting small spacecrafts in low earth orbit
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460892C1 (en) * 2011-04-29 2012-09-10 Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" Method of adjusting supersonic air intake
EP2853737A1 (en) * 2012-05-22 2015-04-01 Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering Fuel-free spacecraft propelling system based on spatial atomic oxygen and propelling method
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
RU2703854C1 (en) * 2018-11-28 2019-10-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Engine at outboard air with a helicon plasma source for supporting small spacecrafts in low earth orbit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7581380B2 (en) Air-breathing electrostatic ion thruster
JP2692999B2 (en) Electrostatic ion attitude control engine with improved propulsion adjustment
RU2703854C1 (en) Engine at outboard air with a helicon plasma source for supporting small spacecrafts in low earth orbit
EP3369294B1 (en) Plasma accelerator with modulated thrust and space born vehicle with the same
US6334302B1 (en) Variable specific impulse magnetoplasma rocket engine
US6145298A (en) Atmospheric fueled ion engine
US6449941B1 (en) Hall effect electric propulsion system
US10590919B2 (en) Ground based systems and methods for testing reaction thrusters
US10662930B2 (en) Hall-effect thruster usable at high altitude
CN110469474B (en) Radio frequency plasma source for microsatellite
US20180051679A1 (en) Thruster
US20080223017A1 (en) Hall-type electric propulsion
WO2021154124A1 (en) Module with a multi-channel plasma propulsion system for a small spacecraft
CN112253413A (en) Inductively coupled two-stage plasma thruster
US11187213B2 (en) Thruster device
RU2818410C1 (en) Electrojet propulsion system
CN111997853A (en) Near space environment air suction type radio frequency plasma propeller
CN210068400U (en) Ultra-low rail variable thrust air suction type pulse plasma thruster
RU2757210C1 (en) Wave plasma source of electrons
WO2020111978A2 (en) Diaphragm ion-plasma rocket engine for a spacecraft
Koizumi et al. Switching operation of ion beam extraction and electron emission using the miniature ion thruster μ1
EP3242534A1 (en) Apparatus for generating a plasma jet, in particular for space propulsion
RU2764487C1 (en) Hybrid wave plasma engine for low orbit space vehicle
US12012234B2 (en) Electrodeless plasma thruster with closed-ring-shaped gas discharge chamber
CN111765058B (en) Cusp field thruster for microwave-enhanced auxiliary ionization