UA112673C2 - Двигун на ефекті холла - Google Patents
Двигун на ефекті холла Download PDFInfo
- Publication number
- UA112673C2 UA112673C2 UAA201408866A UAA201408866A UA112673C2 UA 112673 C2 UA112673 C2 UA 112673C2 UA A201408866 A UAA201408866 A UA A201408866A UA A201408866 A UAA201408866 A UA A201408866A UA 112673 C2 UA112673 C2 UA 112673C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- annular channel
- wall
- indicated
- engine
- downstream edge
- Prior art date
Links
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 12
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010584 magnetic trap Methods 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
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
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
- F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
- F03H1/0075—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with an annular channel; Hall-effect thrusters with closed electron drift
-
- 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
- F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
-
- 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
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
-
- 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
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
- F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
-
- 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
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
- F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
- F03H1/0068—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with a central channel, e.g. end-Hall type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/405—Ion or plasma engines
-
- 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
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)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Винахід належить до галузі двигунів на ефекті Холла. Двигун (1) на ефекті Холла містить кільцевий канал (2), в якому нижній по потоку край має змінний поперечний переріз для забезпечення можливості зміни тяги і питомого імпульсу.
Description
Галузь техніки, до якої відноситься винахід
Даний винахід відноситься до галузі двигунів на ефекті Хола.
Рівень техніки
Конкретніше винахід стосується двигуна на ефекті Хола, який містить кільцевий канал, анод, інжекційний контур, магнітний контур і катод. Кільцевий канал обмежений зовнішньою стінкою і внутрішньою стінкою, розташованими концентрично навколо Центральної осі, і має відкритий нижній по потоку край і закритий верхній по потоку край. Анод розташований на верхньому по потоку краю кільцевого каналу. Інжекційний контур виконаний з можливістю інжекції газоподібного робочого тіла, наприклад, ксенону, у кільцевий канал. Магнітний контур виконаний з можливістю генерування магнітного поля на нижньому по потоку краю кільцевого каналу. Катод розташований поза кільцевим каналом, за його нижнім по потоку краєм.
Терміни "верхній по потоку" і "нижній по потоку" в контексті даного опису приведені з урахуванням напряму нормальної циркуляції газоподібного робочого тіла у напрямі, визначеному центральною віссю кільцевого каналу.
Зазвичай при роботі такого двигуна на ефекті Хола магнітне поле утримує електрони, які випускаються катодом і притягуються до анода, розташованого на дні кільцевого каналу, на спіральних траєкторіях, що проходять між двома стінками, утворюючи таким чином віртуальну катодну сітку. Електрони, що вилітають з такої магнітної пастки у напрямку до анода, приходять у зіткнення з атомами газоподібного робочого тіла, що інжектується у кільцевий канал інжекційним контуром, створюючи при цьому іонізовану плазму.
Електричне поле, що існує між анодом і віртуальною катодною сіткою, утвореною електронною хмарою, захопленим магнітним полем на відкритому краю кільцевого каналу, прискорює позитивні іони плазми. Оскільки маса таких позитивних іонів значно перевищує масу електронів, магнітне поле не здійснює помітного впливу на форму їх траєкторії. Після проходження таким пучком плазми магнітного поля відбувається нейтралізація його іонів електронами, що випускаються катодом або утворюються в результаті іонізації плазми.
Двигуни на ефекті Хола спочатку використовувалися в системах керування орієнтацією і/або траєкторією (системах АОС5, від англійського Аййшае апа Огрії Сопіт! Зузіет5) космічних апаратів і, зокрема, в системах АОС5 геостаціонарних супутників. Двигуни на ефекті Хола дозволяють одержати надзвичайно високі значення питомого імпульсу (Ізе), Порядку 1500 с, що дозволяє забезпечити точне керування орієнтацією і положенням апарату з використанням систем значно меншої маси і складності, ніж у разі застосування відомих систем, що використовують інерціальне устаткування, наприклад, реактивні системи з використанням маховиків у поєднанні з хімічними двигунами для їх розвантаження.
Проте, хоча двигун на ефекті Хола забезпечує високий питомий імпульс, він, як правило, здатний створювати лише вкрай малу тягу. Внаслідок цього, системи АОС, які містять двигуни на ефекті Хола, прийнято забезпечувати також хімічними двигунами для виконання деяких швидких маневрів, наприклад, таких як зміна орбіти або встановлення у задане положення. Це, проте, приводить до небажаного збільшення загальної вартості і складності космічного апарату, а також до зниження його надійності.
При проведенні діагностичних випробувань, а також експерименту 5МАВТ-1, було встановлено, що двигуни на ефекті Хола можуть працювати не лише в режимі високого питомого імпульсу з малою витратою газоподібного робочого тіла і високою електричною напругою між анодом і катодом, але і в альтернативному режимі високої тяги з високою витратою і помірною напругою. Проте стабільність плазмового пучка і ККД двигуна залежать, зокрема, від щільності плазми в кільцевому каналі. Внаслідок цього відомі двигуни оптимізовані лише для одного з режимів роботи. Таким чином, заміна хімічних двигунів для зміни орбіти і для позиціювання у загальному випадку потребує встановлення двигунів на ефекті Хола, виконаних з можливістю роботи в режимі високої тяги, на додаток до тих, що є у складі системи АОС5 двигунів на ефекті Хола з високим питомим імпульсом. Отже, складність космічного апарату не може бути значно зменшена.
В американському патенті 5 7500350 описаний двигун на ефекті Хола, який містить кільцевий канал, що має відкритий нижній по потоку край і закритий верхній по потоку край, електричний контур, інжекційний контур для інжекції газоподібного робочого тіла в кільцевий канал і магнітний контур для генерування магнітного поля на нижньому по потоку краю кільцевого каналу. Електричний контур містить анод, розташований на верхньому по потоку краю кільцевого каналу, катод, розташований вниз по потоку від нижнього по потоку краю кільцевого каналу, і джерело електричної напруги між вказаним анодом і катодом. Кільцевий канал обмежений зовнішньою і внутрішньою стінками, розташованими концентрично навколо бо центральної осі. Для підтримки приблизно постійного зазору між внутрішньою і зовнішньою стінками не дивлячись на їх поступову ерозію в процесі роботи двигуна, внутрішня і зовнішня стінка виконані рухомими в аксіальному напрямі, а двигун додатково містить привід для переміщення вказаних внутрішньої і зовнішньої стінки. Проте в даному документі не розкрито, як такий двигун на ефекті Хола працює в режимі високої тяги, так само як і в режимі високого питомого імпульсу.
Розкриття винаходу
Задача, на вирішення якої направлений даний винахід, полягає у створенні двигуна на ефекті Хола, здатного працювати як в режимі високої тяги, так і в режимі високого питомого імпульсу.
Щонайменше згідно з першим варіантом винаходу рішення поставленої задачі досягається завдяки тому, що внутрішня стінка рухома і має діаметр, який зменшується у напрямі вниз по потоку, при цьому двигун додатково містить модуль керування, який сполучений щонайменше з вказаними електричним контуром, контуром інжекції газоподібного робочого тіла, а також з вказаним приводом і виконаний з можливістю зміни вказаного потоку і/або вказаної напруги і регулювання положення рухомої внутрішньої стінки згідно з вказаними змінними потоком і/або напругою для зміни поперечного перерізу нижнього по потоку краю кільцевого каналу, щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу в межах заздалегідь заданого діапазону.
Щонайменше згідно з другим варіантом винаходу рішення поставленої задачі досягається завдяки тому, що зовнішня стінка рухома і має діаметр, який зростає у напрямі вниз по потоку, при цьому двигун додатково містить модуль керування, який сполучений щонайменше з вказаними електричним контуром, контуром інжекції газоподібного робочого тіла, а також з вказаним приводом і виконаний з можливістю зміни вказаного потоку і/або вказаної напруги і регулювання положення рухомої зовнішньої стінки для зміни поперечного перерізу нижнього по потоку краю кільцевого каналу згідно з вказаними змінними потоком і/або напругою, щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу в межах заздалегідь заданого діапазону.
В обох випадках така конструкція дозволяє змінювати ширину нижнього по потоку краю кільцевого каналу шляхом переміщення рухомої стінки в аксіальному напрямі з метою
Зо підтримки постійної густини плазми на виході кільцевого каналу при змінах потоку газоподібного робочого тіла. Таким чином, отримують гнучко регульований двигун на ефекті Хола, який може працювати як в режимі високої тяги з високою витратою плазми, розподіленою по великому поперечному перерізу виходу кільцевого каналу, так і в режимі високого питомого імпульсу з нижчою витратою плазми через менший поперечний переріз виходу кільцевого каналу.
Для забезпечення переміщення рухомої стінки вказаний привід рухомої стінки може бути, наприклад, п'єзоелектричним приводом рухомої стінки. У контексті даного застосування такий п'єзоелектричний привід має перевагу сумісності із застосуванням в космічних умовах завдяки тривалому терміну служби і відсутності небажаних взаємодій з сильними електричними і магнітними полями, які існують у двигуні на ефекті Хола, в той же час забезпечуючи високу швидкість реакції. Зокрема, п'єзоелектричний привід може бути ультразвуковим мотором.
Термін "ультразвуковий мотор" означає у даному контексті привід, який містить ротор і п'єзоелектричний статор, в якому електричними засобами може бути збуджена біжуча ультразвукова хвиля, гребені якої, приходячи у контакт з ротором, викликають його зсув у заданому для нього напрямі. Хоча ультразвукові мотори зазвичай є обертальними моторами з кільцевими роторами і статорами, в даному застосуванні також може бути передбачене використання лінійного ультразвукового мотора з прямолінійним ротором і статором. Ми зберігаємо найменування "ротор" для позначення рухомого елемента двигуна, не дивлячись на лінійний, а не обертальний, характер його переміщення. Ультразвуковий мотор має, зокрема, ту перевагу, що він забезпечує створення порівняно великих моментів і сил, у той же час не створюючи паразитних наведень ні на двигун на ефекті Хола, робочі частоти якого складають приблизно ЗО кГц, ні на устаткування зв'язку космічного апарату, яке працює на частотах приблизно декілька гігагерців. Дійсно, робоча частота ультразвукових моторів складає приблизно ЗО Мгц.
Зокрема, внутрішня і зовнішня стінки можуть бути виконані з керамічного матеріалу, який має особливо сприятливі для даного застосування електричні і магнітні характеристики, а також стійкість до ерозії.
Згідно з даним винаходом також пропонуються космічний апарат, який містить щонайменше один вказаний двигун на ефекті Хола, і спосіб регулювання тяги такого двигуна на ефекті Хола.
Щонайменше згідно з одним з варіантів способу регулювання тяги потік газоподібного бо робочого тіла, що інжектується контуром у кільцевий канал, і/або електричну напругу між вказаним анодом і катодом змінюють залежно від необхідної величини тяги, причому положення рухомої стінки монтують так, щоб змінити поперечний переріз нижнього по потоку краю кільцевого каналу відповідно до вказаних змінних значень потоку і/або напруги, щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу в межах заздалегідь заданого діапазону. Таким чином, двигун на ефекті Хола може бути переведений з режиму роботи з високою тягою у режим роботи з високим питомим імпульсом і назад без втрати стійкості плазмового пучка.
Короткий опис креслень
Винахід стане ясніший, а його переваги очевидніші з нижченаведеного детального опису двох варіантів його здійснення, приведеного як приклад, який не накладає будь-яких обмежень і містить посилання на креслення, що додаються. На кресленнях: - на фіг. ТА схематично представлений в аксіальному розрізі двигун на ефекті Хола згідно з першим варіантом винаходу в режимі високої тяги; - на фіг. 18 схематично представлений в аксіальному розрізі двигун на ефекті Хола по фіг. 1А в режимі високого питомого імпульсу; - на фіг. 2А схематично представлений в аксіальному розрізі двигун на ефекті Хола згідно з другим варіантом винаходу в режимі високої тяги; і - на фіг. 28 схематично представлений в аксіальному розрізі двигун на ефекті Хола по фіг. 2А в режимі високого питомого імпульсу.
Здійснення винаходу
Фіг. ТА і 18 ілюструють два різні положення одного і того ж двигуна 1 на ефекті Хола згідно з першим варіантом винаходу. Двигун 1 містить кільцевий канал 2, обмежений внутрішньою стінкою З і зовнішньою стінкою 4 з керамічного матеріалу, концентрично розташованими навколо центральної осі Х. Кольцевий канал 2 має відкритий нижній по потоку край і закритий верхній по потоку край. На верхньому по потоку краю каналу 2 також передбачені патрубки 10 для інжекції газоподібного робочого тіла у кільцевий канал 2. Патрубки 10 сполучені з джерелом газоподібного робочого тіла інжекційним контуром 11, який містить елементи 24 регулювання витрати. Елементами 24 можуть бути, наприклад, штифтовий вентиль або термокапіляр, тобто капіляр, обладнаний засобами нагріву, які дозволяють активно змінювати його температуру і,
Зо отже, витрату середовища через нього. Такі елементи регулювання витрати можуть додатково містити пасивні обмежувачі. Як газоподібне робоче тіло може бути використаний ксенон, який має переваги високої молекулярної ваги і порівняно низького потенціалу іонізації. Проте, як і в інших двигунах на ефекті Хола, як газоподібне робоче тіло може бути використана велика кількість інших газів.
Двигун 1 також містить магнітний контур. Магнітний контур містить розташовані навколо зовнішньої стінки 4 магнітні сердечники 13, які оточені котушками 14 і завершуються зовнішнім полюсом 15, розташованим поблизу відкритого краю кільцевого каналу 2. Магнітний контур також містить центральний магнітний сердечник 16, розташований в центрі двигуна 1, який оточений котушками 17 і завершується внутрішнім полюсом 18, який має полярність, протилежну до полярності зовнішнього полюса 15, і розташований навпроти нього поблизу відкритого краю кільцевого каналу 2 так, щоб забезпечити формування між двома полюсами радіального магнітного поля. Двигун 1 також містить електричний контур 21, який містить анод 9, розташований на верхньому по потоку краю кільцевого каналу 2, катод 19, розташований нижче по потоку від відкритого краю кільцевого каналу 2, і джерело 20 електричної напруги між анодом 9 і катодом 19. Хоча в показаних варіантах винаходу катод 19 є порожнистим катодом, в альтернативних варіантах можуть бути використані катоди інших типів.
Кільцевий канал 2 може, зокрема, бути аксіально симетричним. Проте в альтернативних варіантах винаходу він може мати форму, яка не має аксіальну симетрією, наприклад, з поперечним перерізом у формі овалу або іподрому.
У робочому режимі між порожнистим катодом 19, розташованим за нижнім по потоку краєм кільцевого каналу 2, і анодом 9, розташованим на дні кільцевого каналу 2, створюють електричну напругу, величина якої при використанні як газоподібного робочого тіла ксенону зазвичай складає приблизно від 150 до 800 В. При цьому порожнистий катод 19 починає випускати електрони, значна частина яких потрапляє у магнітну пастку, утворену магнітним полем, яке відповідає необхідному ККД двигуна і використовуваному газоподібному робочому тілу; при використанні як газоподібного робочого тіла ксенону величина магнітної індукції зазвичай складає приблизно від 100 до 300 Ге. Електрони, захоплені в таку магнітну пастку, утворюють віртуальну катодну сітку. Таким чином, в кільцевому каналі, між анодом 9 і віртуальною катодною сіткою виникає електричне поле.
Електрони з високою енергією (як правило, від 10 до 40 еВ) вилітають з магнітної пастки у напрямі анода 9, тоді як газоподібне робоче тіло поступає у кільцевий канал 2 в результаті його інжекції через патрубки 10. Зіткнення між такими електронами і атомами газоподібного робочого тіла приводять до іонізації газоподібного робочого тіла, причому електричне поле прискорює його у напрямі нижнього по потоку краю кільцевого каналу 2. Оскільки маса іонів газоподібного робочого тіла на декілька порядків перевершує масу електронів, магнітне поле не утримує такі іони так, як воно утримує електрони. В результаті двигун 1 утворює плазмовий пучок, який випускається через нижній по потоку край кільцевого каналу 2 і який створює тягу, направлену по суті паралельно центральній осі Х.
У двигуні 1 згідно з першим варіантом винаходу зовнішня стінка 4 рухома в аксіальному напрямі, причому її діаметр зростає у напрямі вниз по потоку. Внутрішня стінка З нерухома.
Таким чином, коли зовнішня стінка 4 відведена в аксіальному напрямі назад, у положення, представлене на фіг. ТА, між внутрішньою стінкою З І зовнішньою стінкою 4 існує відносно великий зазор Ії, якому відповідає великий поперечний переріз каналу виходу плазмового пучка з кільцевого каналу 2. Коли ж зовнішня стінка 4 виведена вперед, як показано на фіг. 18, між внутрішньою стінкою З їі зовнішньою стінкою 4 існує менший зазор І, , якому відповідає менший поперечний переріз каналу для плазмового пучка. Таким чином, положення, яке представлене на фіг. ТА і яке забезпечує розподіл плазмового пучка по більшій вихідній поверхні на нижньому по потоку краю кільцевого каналу 2, сприятливіше для формування плазмового пучка з великою витратою і, отже, більшою тягою. Тим часом, положення, яке представлене на фіг. 1В і яке дозволяє підтримувати стабільність плазмового пучка навіть при зменшеній витраті і вищій електричній напрузі, сприятливіше для режиму роботи з високим питомим імпульсом.
Переміщення зовнішньої стінки 4 в аксіальному напрямі може бути забезпечене приводом 22, який містить ультразвуковий мотор, який легко може бути вбудований у двигун 1 завдяки своїм малим розмірам. Хоча в даному варіанті винаходу запропоноване використання ультразвукового мотора, в альтернативних варіантах також можуть бути передбачені приводи інших типів, зокрема, п'єзоелектричні.
Модуль 23 керування, сполучений щонайменше з приводом 22, елементами регулювання витрати газоподібного робочого тіла в контурі 11 і джерелом електричної напруги між анодом 9 і
Зо катодом 19, може регулювати витрату газоподібного робочого тіла, що поступає з контура 11, електричну напругу між катодом 19 і анодом 9, а також аксіальне положення зовнішньої стінки 4 так, щоб забезпечувати зміни тяги і питомого імпульсу двигуна 1. Даний модуль 23 керування містить блок обробки даних і блок пам'яті, в якому збережені таблиці, що встановлюють аксіальне положення зовнішньої стінки 4, яке відповідає робочій точці двигуна 1, визначеної парою значень сили струму і напруги джерела електроживлення, приєднаного до анода 9 і катода 19.
Хоча в даному першому варіанті винаходу рухомою стінкою є зовнішня стінка 4, в інших варіантах винаходу внутрішня стінка З може бути виконана рухомою замість зовнішньої стінки 4 або на додаток до неї. Так, у другому варіанті винаходу, проілюстрованому на фіг. 2А і 28, зовнішня стінка 4 є нерухомою, тоді як внутрішня стінка З рухома в аксіальному напрямі. Інші елементи двигуна 1 ідентичні елементам згідно з першим варіантом винаходу і позначені на кресленнях тими ж посилальними номерами. Згідно з другим варіантом винаходу діаметр внутрішньої стінки З зменшується у напрямі вниз по потоку. Таким чином, як і в першому варіанті винаходу, аксіальне переміщення рухомої стінки дозволяє перейти від режиму роботи з високою тягою, представленому на фіг. 2А, до режиму роботи з високим питомим імпульсом, представленому на фіг. 2В, і навпаки.
В обох варіантах здійснення винаходу плазмовий пучок може бути випущений під значним кутом до аксіального напряму (наприклад, до 457). Отже, стінкам 3, 4 слід надати таку форму, яка по можливості виключила б їх ерозію під дією іонів такого пучка. Так, наприклад, у проілюстрованих варіантах винаходу рухомим стінкам надана форма евольвенти кола, яка досягає на їх периферичному кінці кута, який перевищує 45", відносно центральної осі Х.
Хоча даний винахід описаний вище у прив'язці до конкретних прикладів його здійснення, вочевидь що у такі приклади можуть бути внесені різні модифікації і зміни, що не виходять за рамки правової охорони винаходу, визначеного нижченаведеною формулою. Крім того, окремі ознаки різних варіантів винаходу можуть бути об'єднані у додаткових варіантах його здійснення.
Наприклад, рухомими в аксіальному напрямі можуть бути як внутрішня, так і зовнішня стінки. У зв'язку з цим опис креслень слід розглядати як ілюстрацію, що не накладає будь-яких обмежень.
Claims (7)
1. Двигун (1) на ефекті Холла, який містить: кільцевий канал (2), обмежений внутрішньою стінкою (3) і зовнішньою стінкою (4), які розташовані концентрично навколо центральної осі (Х), причому кільцевий канал (2) має відкритий нижній по потоку край і закритий верхній по потоку край, а внутрішня стінка (3) виконана рухомою в аксіальному напрямі; привід (22) для переміщення вказаної внутрішньої стінки (3) в аксіальному напрямі; електричний контур (21), що містить анод (9), розташований на верхньому по потоку краю кільцевого каналу (2), катод (19), розташований на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2), іджерело (20) електричної напруги між вказаним анодом (9) і катодом (19); інжекційний контур (11) для інжекції потоку газоподібного робочого тіла у кільцевий канал (2); і магнітний контур для генерування магнітного поля (М) на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2) який відрізняється тим, що рухома внутрішня стінка (3) має діаметр, що зменшується у напрямі вниз по потоку, при цьому двигун (1) додатково містить модуль (23) керування, який сполучений щонайменше з вказаними електричним контуром, контуром інжекції газоподібного робочого тіла, а також з вказаним приводом і виконаний з можливістю зміни вказаного потоку і вказаної напруги і регулювання положення рухомої внутрішньої стінки (3) згідно з вказаними змінними потоком і/або напругою для зміни поперечного перерізу нижнього по потоку краю кільцевого каналу (2), щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2) в межах заздалегідь заданого діапазону.
2. Двигун (1) на ефекті Холла, який містить: кільцевий канал (2), обмежений внутрішньою стінкою (3) і зовнішньою стінкою (4), які розташовані концентрично навколо центральної осі (Х), причому кільцевий канал (2) має відкритий нижній по потоку край і закритий верхній по потоку край, а зовнішня стінка (4) виконана рухомою в аксіальному напрямі; привід для переміщення вказаної зовнішньої стінки (4) в аксіальному напрямі; Зо електричний контур (21), що містить анод (9), розташований на верхньому по потоку краю кільцевого каналу (2), катод (19), розташований на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2), іджерело (20) електричної напруги між вказаним анодом (9) і катодом (19); інжекційний контур (11) для інжекції потоку газоподібного робочого тіла у кільцевий канал (2); і магнітний контур для генерування магнітного поля (М) на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2) який відрізняється тим, що рухома зовнішня стінка (4) має діаметр, що зростає у напрямі вниз по потоку, при цьому двигун (1) додатково містить модуль (23) керування, який сполучений щонайменше з вказаними електричним контуром, контуром інжекції газоподібного робочого тіла, а також з вказаним приводом і виконаний з можливістю зміни вказаного потоку і вказаної напруги і регулювання положення рухомої зовнішньої стінки (4) для зміни поперечного перерізу нижнього по потоку краю кільцевого каналу (2) згідно з вказаними змінними потоком і/або напругою, щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2) в межах заздалегідь заданого діапазону.
3. Двигун за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вказаний привід є п'єзоелектричним приводом.
4. Двигун за п. З, який відрізняється тим, що вказаний п'єзоелектричний привід є ультразвуковим мотором.
5. Двигун за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що внутрішня і зовнішня стінки (3, 4) виконані з керамічного матеріалу.
6. Космічний апарат, який містить щонайменше один двигун (1) на ефекті Холла за п. 1 або п. 2.
7. Спосіб регулювання тяги двигуна (1) на ефекті Холла за п. 1 або п. 2, в якому: потік газоподібного робочого тіла, що інжектується контуром (11) у кільцевий канал (2), і/або електричну напругу між вказаним анодом (9) і катодом (19) змінюють залежно від необхідної величини тяги; положення рухомої стінки (3, 4) монтують так, щоб змінити поперечний переріз нижнього по потоку краю кільцевого каналу (2) згідно з вказаними змінними значеннями потоку і/або напруги, щоб тим самим підтримувати густину плазми на нижньому по потоку краю кільцевого каналу (2) в межах заздалегідь заданого діапазону.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1251055A FR2986577B1 (fr) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Propulseur a effet hall |
| PCT/FR2013/050242 WO2013117856A1 (fr) | 2012-02-06 | 2013-02-05 | Propulseur a effet hall |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA112673C2 true UA112673C2 (uk) | 2016-10-10 |
Family
ID=47754826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201408866A UA112673C2 (uk) | 2012-02-06 | 2013-05-02 | Двигун на ефекті холла |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9234510B2 (uk) |
| EP (1) | EP2812571B1 (uk) |
| JP (1) | JP6045607B2 (uk) |
| CN (1) | CN104093978B (uk) |
| FR (1) | FR2986577B1 (uk) |
| IL (1) | IL233790A (uk) |
| RU (1) | RU2619389C2 (uk) |
| UA (1) | UA112673C2 (uk) |
| WO (1) | WO2013117856A1 (uk) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103945632B (zh) * | 2014-05-12 | 2016-05-18 | 哈尔滨工业大学 | 角向速度连续可调的等离子体射流源及该射流源的使用方法 |
| FR3021301B1 (fr) * | 2014-05-21 | 2017-12-29 | Snecma | Moteur pour engin spatial, et engin spatial comprenant un tel moteur |
| CN104632565B (zh) * | 2014-12-22 | 2017-10-13 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种霍尔推力器磁路结构 |
| FR3032325A1 (fr) * | 2015-01-30 | 2016-08-05 | Snecma | Propulseur a effet hall et engin spatial comprenant un tel propulseur |
| JP6472320B2 (ja) * | 2015-05-14 | 2019-02-20 | 三菱電機株式会社 | 人工衛星 |
| CN104947102B (zh) * | 2015-07-08 | 2017-04-19 | 浙江大学 | 基于等离子体磁场推进的金属粉末喷射装置 |
| CN105003409A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-28 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种霍尔推力器的阴极中心布局 |
| CN105390357B (zh) * | 2015-10-29 | 2017-05-03 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种环型离子推力器放电室 |
| US11117685B2 (en) * | 2016-06-28 | 2021-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Artificial satellite and thrust balance adjustment method |
| CN106837723B (zh) * | 2017-01-04 | 2019-07-19 | 兰州空间技术物理研究所 | 基于步进电机驱动的霍尔推力器高效磁路优化设计机构 |
| US10625882B2 (en) * | 2017-03-06 | 2020-04-21 | Effective Space Solutions Ltd. | Service satellite for providing in-orbit services using variable thruster control |
| CN107313910B (zh) * | 2017-07-10 | 2019-08-09 | 北京控制工程研究所 | 一种霍尔推力器用阳极磁屏一体化结构 |
| CN108612636B (zh) * | 2018-05-16 | 2019-08-23 | 哈尔滨工业大学 | 适用于宽参数范围工作的霍尔推力器 |
| RU2682962C1 (ru) * | 2018-06-14 | 2019-03-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Ионный ракетный двигатель космического аппарата |
| US11143171B2 (en) | 2018-07-09 | 2021-10-12 | University Of Washington | Air-breathing pulsed plasma thruster with a variable spacing cathode |
| RU195043U1 (ru) * | 2019-01-25 | 2020-01-14 | Ольгерт Петрович Забак | Плазменный реактивный двигатель для дисколета |
| RU200197U1 (ru) * | 2020-06-08 | 2020-10-12 | Ольгерт Петрович Забак | Плазменный вихревой двигатель на топливном элементе |
| CN111852803B (zh) * | 2020-07-27 | 2021-07-16 | 大连理工大学 | 一种基于分段阳极的混合效应环型离子推力器 |
| RU2757210C1 (ru) * | 2021-04-01 | 2021-10-12 | Общество С Ограниченной Отвественностью "Эдвансд Пропалшн Системс" | Волновой плазменный источник электронов |
| CN114962198A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-08-30 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种阳极电流-推进剂流量闭环控制方法 |
| CN115681057B (zh) * | 2023-01-03 | 2023-06-02 | 国科大杭州高等研究院 | 一种霍尔推进系统及其运行方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3983695A (en) * | 1975-09-12 | 1976-10-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ion beam thruster shield |
| JPS6477764A (en) * | 1987-09-18 | 1989-03-23 | Toshiba Corp | Hall type ion thruster |
| JPH02251727A (ja) * | 1989-03-27 | 1990-10-09 | Taisei Kogyo Kk | 差圧計 |
| US5359258A (en) * | 1991-11-04 | 1994-10-25 | Fakel Enterprise | Plasma accelerator with closed electron drift |
| FR2693770B1 (fr) * | 1992-07-15 | 1994-10-14 | Europ Propulsion | Moteur à plasma à dérive fermée d'électrons. |
| RU2084085C1 (ru) * | 1995-07-14 | 1997-07-10 | Центральный научно-исследовательский институт машиностроения | Ускоритель с замкнутым дрейфом электронов |
| RU2088802C1 (ru) * | 1995-12-09 | 1997-08-27 | Исследовательский центр им.М.В.Келдыша | Холловский двигатель |
| CA2250917A1 (en) * | 1996-04-01 | 1997-10-09 | International Scientific Products | A hall effect plasma thruster |
| US6038923A (en) * | 1998-05-27 | 2000-03-21 | Giant Manufacturing Co., Ltd. | Hand-operated accelerator device for an electric-powered bicycle |
| US7500350B1 (en) * | 2005-01-28 | 2009-03-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Elimination of lifetime limiting mechanism of hall thrusters |
| CN201051136Y (zh) * | 2006-12-13 | 2008-04-23 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种磁铁极性识别装置 |
| FR2982914B1 (fr) * | 2011-11-22 | 2014-01-17 | Snecma | Propulseur a effet de hall |
-
2012
- 2012-02-06 FR FR1251055A patent/FR2986577B1/fr active Active
-
2013
- 2013-02-05 RU RU2014130194A patent/RU2619389C2/ru active
- 2013-02-05 US US14/376,991 patent/US9234510B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2013-02-05 JP JP2014555296A patent/JP6045607B2/ja active Active
- 2013-02-05 EP EP13706637.9A patent/EP2812571B1/fr active Active
- 2013-02-05 CN CN201380008153.4A patent/CN104093978B/zh active Active
- 2013-02-05 WO PCT/FR2013/050242 patent/WO2013117856A1/fr active Application Filing
- 2013-05-02 UA UAA201408866A patent/UA112673C2/uk unknown
-
2014
- 2014-07-24 IL IL233790A patent/IL233790A/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2986577B1 (fr) | 2016-05-20 |
| JP6045607B2 (ja) | 2016-12-14 |
| RU2014130194A (ru) | 2016-03-27 |
| FR2986577A1 (fr) | 2013-08-09 |
| EP2812571A1 (fr) | 2014-12-17 |
| CN104093978A (zh) | 2014-10-08 |
| CN104093978B (zh) | 2017-03-08 |
| IL233790A (en) | 2017-05-29 |
| US9234510B2 (en) | 2016-01-12 |
| IL233790A0 (en) | 2014-09-30 |
| EP2812571B1 (fr) | 2016-10-26 |
| WO2013117856A1 (fr) | 2013-08-15 |
| US20150000250A1 (en) | 2015-01-01 |
| JP2015511287A (ja) | 2015-04-16 |
| RU2619389C2 (ru) | 2017-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA112673C2 (uk) | Двигун на ефекті холла | |
| US7294969B2 (en) | Two-stage hall effect plasma accelerator including plasma source driven by high-frequency discharge | |
| RU2620880C2 (ru) | Двигатель на эффекте холла | |
| CA2519701C (en) | Spacecraft thruster | |
| CN103953517B (zh) | 霍尔推进器改进装置 | |
| Kraus et al. | The development of the radio frequency driven negative ion source for neutral beam injectors | |
| EP3369294B1 (en) | Plasma accelerator with modulated thrust and space born vehicle with the same | |
| US20060076872A1 (en) | Hall effect thruster with anode having magnetic field barrier | |
| CN103562549B (zh) | 霍耳效应推进器 | |
| WO2013019667A1 (en) | Ion focusing in a hall effect thruster | |
| JP2008223655A (ja) | ホール型電気推進機 | |
| JP5558376B2 (ja) | 電源装置 | |
| JP2013137024A (ja) | スラスタ及びそのシステム、そして推進発生方法 | |
| Gondol et al. | Development and characterization of a miniature hall-effect thruster using permanent magnets | |
| Schneider et al. | Particle‐in‐Cell Simulations for Ion Thrusters | |
| CN117441412A (zh) | 用于经由中性束注入来形成和保持高能和高温frc等离子体的系统及方法 | |
| JP6693967B2 (ja) | ホール効果スラスタ | |
| RU2612312C1 (ru) | Искусственный спутник | |
| JP2018503774A5 (uk) | ||
| Yamamoto et al. | Development of a miniature microwave discharge neutralizer for miniature ion engines | |
| RU2414107C1 (ru) | Плазменный ускоритель с замкнутым дрейфом электронов | |
| CN115681052B (zh) | 霍尔推力器、具有其的设备及其使用方法 | |
| Raitses et al. | Optimization of cylindrical hall thrusters | |
| US20230213024A1 (en) | Segmented wall-less hall thruster | |
| King | Generating electrospray from a ferrofluid |