UA114495C2 - Двигун на ефекті холла - Google Patents
Двигун на ефекті холла Download PDFInfo
- Publication number
- UA114495C2 UA114495C2 UAA201405431A UAA201405431A UA114495C2 UA 114495 C2 UA114495 C2 UA 114495C2 UA A201405431 A UAA201405431 A UA A201405431A UA A201405431 A UAA201405431 A UA A201405431A UA 114495 C2 UA114495 C2 UA 114495C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- thrust
- engine
- annular channel
- hall effect
- open end
- Prior art date
Links
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100247611 Arabidopsis thaliana RCF3 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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
- F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
-
- 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
-
- 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
- B64G1/411—Electric propulsion
- B64G1/413—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
- 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
-
- 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
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)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Винахід належить до області двигунів на ефекті Холла, зокрема до двигуна (1) на ефекті Холла з регульованою тягою, в якому кінцевий рівень магнітного контуру містить взаємно протилежні внутрішній полюс (18) і зовнішній полюс (15), причому внутрішній полюс (18) зміщений по осі вниз по потоку відносно до внутрішнього полюса (15) таким чином, що магнітне поле (М) нахилене відносно поперечної площини двигуна (1).
Description
Область техніки, до якої відноситься винахід
Даний винахід стосується двигуна на ефекті Хола. Зокрема, винахід стосується двигуна на ефекті Хола з регульованою тягою, який містить кільцевий канал, анод, контур інжекції, магнітний контур і катод. Кільцевий канал обмежений двома концентричними стінками з центральною віссю, має відкритий кінець і закритий кінець і має верхню по потоку ділянку на стороні закритого кінця, розділену радіальними стінками на декілька окремих камер. Анод розташований біля закритого кінця кільцевого каналу. Контур інжекції здатний інжектувати газ, що створює тягу, наприклад, ксенон, у камери кільцевого каналу і містить, щонайменше, один пристрій індивідуального регулювання витрати подачі у кожну камеру. Магнітний контур здатний генерувати магнітне поле біля відкритого кінця кільцевого каналу.
В даному контексті терміни «верхній по потоку» і «нижчий по потоку» визначені по відношенню до нормальної циркуляції газу, що створює тягу, у напрямі, визначуваному центральною віссю кільцевого каналу.
Рівень техніки
У типовому випадку при роботі двигуна на ефекті Хола електрони, що випускаються катодом і притягуються до анода на дні кільцевого каналу, уловлюються магнітним полем у русі по спіральних траєкторіях між двома стінками, формуючи таким чином віртуальну катодну решітку. Електрони, що вирвалися з цього магнітного огородження у напрямі до анода, зіштовхуються з атомами газу, що створює тягу і інжектується у кільцевий канал контуром інжекції, і створюють іонізовану плазму.
Позитивні іони плазми прискорюються електричним полем, що діє між анодом і віртуальними катодними решітками, сформованими хмарою електронів, уловлених магнітним полем на відкритому кінці кільцевого каналу. Оскільки маса позитивного іона набагато більше маси електрона, магнітне поле здійснює незначний вплив на їх траєкторію. Іони цього плазмового струменя врешті решт нейтралізуються на виході магнітного поля електронами, що випускаються катодом або отримуються при іонізації плазми.
Двигуни на ефекті Хола почали використовуватися в системах керування орієнтацією і/або траєкторією (абревіатура АОС5, від англ. таййцае апа оогрії сопігоЇ вувіетв5 ") космічних апаратів і, зокрема, в системах керування орієнтацією і траєкторією (ХОС5 ) геостаціонарних
Зо супутників. У цій функції двигуни на ефекті Хола мають перевагу в тому, що забезпечують точне керування орієнтацією і положенням апарата при відносно меншій масі і складності у порівнянні з класичними системами, що використовують інерційні пристрої, такі як реактивні колеса в комбінації з хімічними двигунами для десатурації.
У типовому випадку тягова сила двигуна на ефекті Хола не є регульованою, що змушує використовувати одночасно декілька двигунів на ефекті Хола для одержання сили тяги бажаної орієнтації для зміни орієнтації і положення космічного апарата. Це обумовлює, зокрема, досить складний контур електричного живлення двигунів. Як альтернатива двигун на ефекті Хола, встановлений на поворотному шасі для орієнтації сили тяги двигуна, описаний, наприклад, в статті "І(птагзаї 4Е1 Ріазта Ргориїбіоп Зузієт Іпйа! Рідні Орегайопз5 " («Плазмова система тяги Іптагзаї 41 для первинних операцій польоту») (ПЕРС-2005-082 ), представленій авторами Н.ОСгеу, 5.Ргомо5і, М.СіІодому5Кі і А.Юетаїге на 29-їй Міжнародній конференції з електричної тяги в 2005 році у Прінстонеї США. Проте таке поворотне шасі має значну механічну складність і вимагає використання рухомих частин, завжди схильних до заклинювання у дуже важких умовах космічних апаратів.
Для усунення цих недоліків в патенті 05 5845880 був запропонований двигун на ефекті
Хола, в якому тяга може бути орієнтована останнім магнітним ступенем, розділеним на індивідуально активізовані сектори. Таким чином, напрям тяги змінюється шляхом зміни магнітного поля, що представляє незручності для підтримки магнітної перегородки по всьому периметру відкритого кінця кільцевого каналу, тобто віртуальної катодної решітки. Крім того, електричне живлення останнього магнітного ступеня із змінним потенціалом додатково підвищує міру складності двигуна.
У статті "Регіогтапсе апа І Мейте Ав5зез5тепі ої а Тпгибї З(еегіпд ЮОемісе ог Ше РРБФ 1350 НаїІ-ЕПесі Ріазхта ТНгисіег " («Оцінка роботи і терміну придатності пристрою керування тягою плазмового двигуна на ефекті Хола РРБФ 1350») авторів О.Юиспетіп, М.Замегаї і р.ЕБШБІЇег, опублікованій на конференції «Космічна тяга 2008» 5-8 травня 2008 у Геракліоне,
Греція, і у статті "Репогптапсе Моаеїйпд ої а Тйги5і Месіогіпд ЮОемісе їТог Най Ейпбесі Тигиеегв " («Моделювання пристрою орієнтації тяги для двигунів на ефекті Хола»), опублікованій в журналі "Чоигпа! ої Ргориїбіоп апа Роуег, МоїІ.25, Мо. 5, вересень-жовтень 2009, описані випробування двигуна на ефекті Хола з регульованою тягою, подібного описаному в патенті О5 60 5845880, але такого, що містить окрім останнього магнітного ступеня, розділеного на індивідуально активізовані сектори, велику кількість сопел інжекції газу, що створює тягу, які розподілені в кільцевому каналі і мають індивідуальне регулювання витрати для одержання змінного ії нерівномірного розподілу газу, що інжектується у кільцевий канал. Проте в цих статтях орієнтація тяги шляхом нерівномірності інжектованого у кільцевий канал газу описана як відносно неефективна і навіть не рекомендується зважаючи на додаткову складність пристроїв регулювання витрати.
У європейській патентній заявці ЕР 1021073 А1 також описаний двигун на ефекті Хола з регульованою тягою, який містить велику кількість сопел інжекції газу, що створюють тягу, які розподілені у кільцевому каналі і мають індивідуальне регулювання витрати. Крім того, в даному двигуні у кільцевому каналі радіальними стінками утворені камери. Проте в цьому документі запропоновано отримувати нерівномірний розподіл витрати газу в кільцевому каналі шляхом поперечного переміщення осі тяги без зміни її орієнтації. Магнітний контур містить кінцевий ступінь з внутрішнім полюсом, зміщеним по осі вгору по потоку по відношенню до зовнішнього полюса так, щоб концентрувати струмінь іонізованого газу, що створює тягу. Які в патенті 5 5845880, орієнтація тяги здійснюється нерівномірним магнітним полем, при цьому кінцевий магнітний ступінь розділений на індивідуально активізовані сектори.
Розкриття винаходу
Задача даного винаходу полягає в тому, щоб запропонувати двигун на ефекті Хола, тяга якого є регульованою ефективнішим чином, без необхідності керування магнітним полем або механічного повороту двигуна.
Щонайменше в одному прикладі здійснення поставлена задача вирішена за допомогою того, що в кінцевому ступені магнітного контуру, який містить взаємно протилежні внутрішній полюс і зовнішній полюс, внутрішній полюс зміщений по осі вниз по потоку по відношенню до зовнішнього полюса таким чином, що магнітне поле нахилене відносно поперечної площини двигуна.
Завдяки такому рішенню віртуальна катодна решітка, сформована електронами, уловленими у магнітному полі, також нахилена так, щоб направляти в напрямах, що розходяться, струмені газу, який створює тягу, відповідні кожній камері кільцевого каналу. У протилежність струменям, що сходяться, ці струмені, що розходяться, не створюють перешкод один одному, що дозволяє забезпечити в кожній камері напрям тяги, по суті відмінний від інших, і тим самим ефективніше орієнтувати напрям загальної тяги двигуна за допомогою нерівномірного розподілу витрати газу, що інжектується у кожну камеру.
Згідно з другим аспектом кільцевий канал містить на стороні відкритого кінця нижчу по потоку ділянку з меридіональною площиною, відхиленою вниз по потоку, щоб обмежувати ерозію стінок, і, зокрема, зовнішньої стінки струменями, що розходяться, іонізованого газу, який створює тягу.
Згідно з третім аспектом кільцевий канал не є осесиметричним. Зокрема, він може мати поперечний переріз з головною віссю симетрії і вторинною віссю симетрії, перпендикулярною головній осі симетрії, але коротшою за неї. Оскільки поперечна складова тяги, зв'язана з кожною камерою, по суті перпендикулярна коловій периферії кільцевого каналу, така неосесиметрична конфігурація, яка підсилює витрату газу, що створює тягу, а отже, тягу у визначених поперечних напрямах, особливо підходить для такого застосовування, як керування траєкторією геостаціонарного супутника, коли двигун повинен мати здатність створювати велику тягу в одному певному поперечному напрямі по відношенню до інших поперечних напрямів. Проте в альтернативних прикладах виконання можливі також осесиметричні форми.
Згідно з четвертим аспектом щонайменше один пристрій індивідуального регулювання витрати з'єднаний з блоком керування, що дозволяє керувати ним, спільно керувати великою кількістю таких пристроїв і навіть спільно керувати декількома двигунами на ефекті Хола, зв'язаними з одним блоком керування.
Згідно з п'ятим аспектом концентричні стінки виготовлені з керамічного матеріалу, який особливо придатний за своїми електричними і магнітними характеристиками і стійкості до ерозії.
Винахід стосується також космічного апарата, який містить такий двигун на ефекті Хола з регульованою тягою для керування орієнтацією і траєкторією космічного апарата, а також способу генерування регульованої тяги за допомогою двигуна на ефекті Хола.
Щонайменше в одному прикладі здійснення способу електрони випускаються катодом, розташованим нижче по потоку відносно відкритого кінця кільцевого каналу, обмеженого двома концентричними стінками з центральною віссю, радіальне магнітне поле генерують магнітним контуром біля відкритого кінця кільцевого каналу для уловлювання електронів, що бо випускаються катодом, і тим самим для генерування електричного поля між відкритим кінцем і анодом, розташованим біля закритого кінця кільцевого каналу. Газ, що створює тягу, інжектують контуром інжекції у верхню по потоку ділянку кільцевого каналу, розділеного на декілька окремих камер радіальними стінками, причому кожна камера отримує витрату газу, індивідуально регульовану пристроєм регулювання. Газ, що створює тягу, іонізується електронами, що вирвалися з магнітного поля у напрямі до анода. Електричне поле прискорює іонізований газ, що створює тягу, в осьовому напрямі до відкритого кінця кільцевого каналу.
Врешті решт, відхилюють радіально назовні іонізований газ, що створює тягу, за допомогою нахиленої по відношенню до поперечної площини двигуна віртуальної катодної решітки, яка формується електронами, уловленими кінцевим ступенем магнітного контуру, і яка містить взаємно протилежні внутрішній полюс і зовнішній полюс і в якій внутрішній полюс зміщений по осі вниз по потоку по відношенню до внутрішнього полюса.
В цьому способі індивідуальні клапани можуть керуватися блоком керування, а величиною і напрямом тяги можуть керувати для керування траєкторією і орієнтацією космічного апарата, оснащеного двигуном на ефекті Хола.
Короткий перелік креслень
Інші особливості і переваги винаходу будуть зрозумілі з подальшого детального опису прикладу здійснення, приведеного як ілюстративний приклад не обмежувального характеру. В описі зроблені посилання на креслення, що додаються, на яких: фіг1 зображає в аксонометрії двигун на ефекті Хола з регульованою тягою згідно з прикладом здійснення винаходу; фіг. ЛА зображає двигун на ефекті Хола за фіг. 1 у виді зверху ; фіг. 18 зображає двигун на ефекті Хола з регульованою тягою у виді в розрізі по лінії ІВ-ІВ на фіг. 1А; фіг. 2А, 28 і 2С схемно зображають у виді зверху генерування поперечних сил тяги двигуном за фіг. 1; фіг. З схемно зображає в аксонометрії геостаціонарний супутник, оснащений двигуном на ефекті Хола з регульованою тягою за фіг. 1 для керування орієнтацією супутника на орбіті.
Здійснення винаходу
На фіг. 1А, 18 і 1С показаний у різних видах один і той же двигун 1 на ефекті Хола згідно з прикладом його здійснення. Двигун 1 містить кільцевий канал 2, обмежений двома концентричними стінками 3, 4 з керамічного матеріалу з центральною віссю 2" Кільцевий канал 2 має відкритий кінець 5 і закритий кінець 6. На стороні закритого кінця 6 радіальні стінки 7 розділяють верхню по потоку ділянку 2а кільцевого каналу 2 на окремі камери 8. На своєму закритому кінці 6 кільцевий канал 2 містить анод 9, який може бути роздільний на ділянки між різними камерами 8, і сопло 10 для інжекції газу, що створює тягу, в кожну камеру 8. Сопла 10 сполучені з джерелом газу, що створює тягу, контуром 11 інжекцій, що містить пристрій 12 індивідуального регулювання витрати для кожного сопла 10. Кожен пристрій 12 може бути, наприклад, олівцевим клапаном або термокапіляром, тобто капіляром із засобами нагріву, які дозволяють активно змінювати його температуру і, отже, витрати через нього. Пристрій 12 може бути також оснащений пасивними дроселями. Газом, що створює тягу, може бути ксенон, який має перевагу високої молекулярної ваги і відносно низького потенціалу іонізації. Проте, як і в інших двигунах на ефекті Хола, може використовуватися широкий спектр газів, що створюють тягу.
На стороні відкритого кінця 5 кільцевий канал 2 містить нижчу по потоку ділянку 26, нахилену назовні з поперечним нахилом. При цьому на нижній по потоку ділянці 26 як внутрішня стінка З так і зовнішня стінка 4 нахилені назовні і визначають між собою меридіональну площину
Р, яка також нахилена назовні і відхиляється вниз по потоку.
Двигун 1 містить також магнітний контур. Цей магнітний контур містить навколо зовнішньої стінки 4 магнітні сердечники 13, які оточені котушками 14 і закінчуються біля зовнішнього полюсу 15 поблизу відкритого кінця 5 кільцевого каналу 2. Магнітний контур містить також центральний магнітний сердечник 16 в центрі двигуна 1, який оточений котушками 17 і закінчується у внутрішньому полюсі 18, який має полярність, зворотну полярності зовнішнього полюса 15, і розташований навпроти нього поблизу відкритого кінця 5 кільцевого каналу 2 так, щоб створювати між двома полюсами радіальне магнітне поле М. По відношенню до центральної осі 2" внутрішній полюс 18 розташований нижче по потоку відносно зовнішнього полюса 15, так що магнітне поле М нахилене по відношенню до поперечної площини і по суті перпендикулярне меридіональній площині Р. І, нарешті, двигун 1 містить також порожнистий катод 19, розташований нижче по потоку відносно відкритого кінця 5 кільцевого каналу 2.
Кільцевий канал 2 не осесиметричний. Зокрема, у показаному прикладі виконання його бо поперечний переріз має форму іподрому з головною віссю Х' симетрії і вторинною, коротшою віссю У симетрії. Таким чином, цей поперечний переріз має дві прямі ділянки і дві напівкруглі ділянки, які сполучають прямі ділянки. При цьому меридіональна площина Р є плоскою на прямих ділянках і конічною на напівкруглих ділянках. Проте можливі інші альтернативні форми, як не осесиметричні (наприклад, овальний поперечний переріз) так і осесиметричні.
При функціонуванні електрична напруга, зазвичай порядку від 150 до 800 В, створюється між порожнистим катодом 19 нижче по потоку відкритого кінця 5 кільцевого каналу 2 і анодом 9 на закритому кінці кільцевого каналу 2. При цьому порожнистий катод 19 починає випускати електрони, які переважно уловлюються в магнітному огородженні, сформованому магнітним полем М, яке має порядок від 100 до 300 Гс. Уловлені цим магнітним огородженням електрони формують віртуальні катодні грати. При цьому в кільцевому каналі між анодом 9 і віртуальними катодними решітками створюється електричне поле Е.
Високоенергетичні електрони (у типовому випадку від 10 до 40 еВ) вириваються з магнітного огородження у напрямі до анода 9, тоді як створюючий тягу газ інжектується. у камери 8 через сопла 10. Зіткнення між електронами і атомами газу, що створює тягу, іонізують газ, що створює тягу, який прискорюється електричним полем Е до відкритого кінця 5 кільцевого каналу 2. Оскільки маса іонів газу, що створює тягу, на декілька порядків вища за масу електронів, магнітне поле М не утримує тим же чином ці іони. Проте нахил магнітного поля М, а отже і віртуальних катодних решіток, утворених електронами, уловленими магнітним полем М, вводить поперечну складову в електричне поле Е, сильно відхиляючи назовні іонізований створюючий тягу газ, що проходить через нижчу по потоку ділянку 25 і відкритий кінець 5 кільцевого каналу 2. Таким чином, інжектований у кожну камеру 8 утворюючий тягу газ створює часткову тягу Ес, що має окрім осьової складової Ес,ах, Паралельної центральної осі 27", поперечну складову Есла: у власному напрямі кожної камери і перпендикулярну периметру кільцевого каналу 2.
Загальна тяга Е двигуна 1 є сумою часткової тяги Ес, відповідної комплекту камер 8, які живляться газом, що створює тягу. Якщо часткова тяга Ес симетрична, їх поперечні складові
Есла: взаємно анулюються і загальна тяга буде орієнтована по суті у напрямі центральної осі С.
Однак, якщо в одну камеру 8 подається газу з інтенсивністю, що створює тягу, більшою, ніж у протилежну камеру 8, часткова тяга Ес, у відповідній камері з великою інтенсивністю
Зо домінуватиме над частковою тягою у відповідній протилежній камері. При цьому загальна тяга
Е також матиме поперечну складову Ра.
Звернувшись до фіг. 2А-2С, можна краще оцінити, яким чином розподіл загальної витрати газу, що створює тягу, між різними камерами 8 впливає на напрям і показник поперечної складової Рід загальної тяги Е двигуна 1. Так, фіг. 2А ілюструє випадок, коли в камери 8, розташовані на одній стороні від головної осі Х' симетрії, подається газ з інтенсивністю, більшою, ніж в камери на протилежній стороні. В результаті їх часткова тяга Ес також більша і загальна тяга Е двигуна 1 має поперечну складову ЕРії, перпендикулярну головній осі х' симетрії. На фіг. 2 показаний інший випадок, коли в камери 8, розташовані на одній стороні від вторинної осі У симетрії, подається газ з інтенсивністю, більшою, ніж в камери на протилежній стороні. При цьому в другому випадку загальна тяга Е двигуна 1 має поперечну складову Ріа, перпендикулярну вторинній осі У" симетрії. Проте, внаслідок не осесиметричної форми двигуна 1 в цьому напрямі поперечна складова Ра; тяги менша, ніж у попередньому випадку. Врешті решт, можна керувати подачею газу, що створює тягу, в різні камери 8 для зміщення поперечної складової Ра: тяги на 3602 навколо центральної осі 2". Так, на фіг. 2С показаний третій випадок, в якому три квадранти двигуна живляться газом, що створює тягу, для генерування тяги з поперечною складовою Ра, похилою по відношенню до двох осей Х і У симетрії.
На фіг. З показаний супутник 20 з двома двигунами 1 на ефекті Хола з регульованою тягою для керування орієнтацією і траєкторією супутника. Показаний супутник 20 є геостаціонарним супутником із стабілізацією орієнтації по трьох осях, тобто він слідує по суті по екваторіальній орбіті 22 і зберігає по суті постійну орієнтацію відносно азимутної осі 7, осі Х захід-схід і осі У північ-південь. Для цього перший двигун закріплений на стороні 20а надира супутника, а другий двигун 1 закріплений на стороні 206 зеніту супутника. Два двигуни 1 сполучені, щонайменше, з одним резервуаром газу (не показаний), що створює тягу, і, щонайменше, з електричним джерелом (не показано) для їх живлення, відповідно, газом, що створює тягу, і електрикою. Два двигуни 1 сполучені також з блоком керування (не показаний), який зв'язаний з датчиками орієнтації і положення (не показані), наприклад, такими як зоряні датчики, сонячні датчики, датчики Землі або горизонту, інерційні датчики, магнітометри, гравіметри і так далі. Таким чином, блок керування може визначати траєкторію і орієнтацію супутника 20 і керувати двигунами 1 для модифікації або коректування траєкторії і орієнтації супутника 20 згідно з бо інструкціями, які заздалегідь записуються або передаються до супутника 20 від базової станції.
У типовому випадку сонячні панелі 23 такого геостаціонарного супутника встановлено на консолях, орієнтованих по осі У північ-південь, щоб краще орієнтуватися на Сонці під час руху супутника 20 по орбіті шляхом повороту панелей 23 навколо осі У північ-південь.
У показаному супутнику 20 центральна вісь 2" кожного двигуна 1 вирівняна по азимутній осі 4, головна вісь Х' симетрії паралельна осі Х захід-схід, а вторинна вісь У симетрії паралельна осі М північ-південь. Таким чином, головний напрям тяги двох двигунів 1 направлено по азимутній осі 7 для стабілізації орбіти. В той же час два двигуни 1 можуть розвивати значну поперечну тягу в напрямі північ-південь і менш значну поперечну тягу в напрямі захід-схід.
Поперечна тяга двигунів 1 у напрямі північ-південь дозволяє керувати нахилом орбіти 22, а також забезпечувати пари сил для орієнтації супутника 20 навколо його осі Х захід-схід.
Поперечна тяга двигунів 1 в напрямі захід-схід дозволяє в основному орієнтувати супутник 20 навколо його осі У північ-південь. Важливо відзначити, що в результаті положення сонячних панелей 23 момент інерції супутника 20 навколо осі Х захід-схід у типовому випадку більший, ніж момент інерції навколо осі У північ-південь. Таким чином, неосесиметрична форма двигунів 1 добре пристосована для керування орієнтацією супутника 20 навколо осейх і У.
Хоча винахід був описаний із посиланням на конкретні приклади здійснення, вочевидь, що можливі різні модифікації і зміни цих прикладів здійснення в межах об'єму захисту, визначеного пунктами формули винаходу. Зокрема, індивідуальні характеристики різних показаних прикладів виконання можуть комбінуватися у додаткових прикладах виконання. Відповідно, опис і графічні матеріали слід розглядати як ілюстрацію, яка не носить обмежувального характеру.
Claims (10)
1. Двигун (1) на ефекті Холла з регульованою тягою, який містить: 25 кільцевий канал (2), обмежений двома концентричними стінками (3, 4) з центральною віссю (2), причому кільцевий канал (2) має відкритий кінець (5) і закритий кінець (б) і містить верхню по потоку ділянку (2а) на стороні закритого кінця (6), розділений радіальними стінками (7) на декілька окремих камер (8); анод (9), розташований біля закритого кінця (б) кільцевого каналу (2); Зо контур (11) інжекції газу, що створює тягу в камери (8) кільцевого каналу (2), який містить щонайменше один пристрій (12) індивідуального регулювання витрати подачі у кожну камеру (8); магнітний контур для генерування магнітного поля (М) біля відкритого кінця (5) кільцевого каналу (2); 35 катод (19), розташований нижче по потоку відносно відкритого кінця (5) кільцевого каналу (2); який відрізняється тим, що в кінцевому ступені магнітного контуру, який містить взаємно протилежні внутрішній полюс (18) і зовнішній полюс (15), внутрішній полюс (18) зміщений по осі вниз по потоку відносно до внутрішнього полюса (15) таким чином, що магнітне поле (М) нахилене відносно поперечної площини двигуна (1). 40
2. Двигун (1) на ефекті Холла за п. 1, який відрізняється тим, що кільцевий канал (2) містить на стороні відкритого кінця (5) нижчу по потоку ділянку (25) з меридіональною площиною (Р), відхиленою вниз по потоку.
3. Двигун (1) на ефекті Холла за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кільцевий канал (2) не є осесиметричним. 45
4. Двигун (1) на ефекті Холла за п. З, який відрізняється тим, що кільцевий канал (2) має поперечний переріз з головною віссю (Х) симетрії і вторинною віссю (МУ) симетрії, яка перпендикулярна головній осі (Х") симетрії, але коротша за неї.
5. Двигун (1) на ефекті Холла за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що щонайменше один пристрій (12) індивідуального регулювання витрати сполучений з блоком керування. 50
6. Двигун (1) на ефекті Холла за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що концентричні стінки (3, 4) виготовлені з керамічного матеріалу.
7. Космічний апарат (20), який має щонайменше один двигун (1) на ефекті Холла з регульованою тягою за будь-яким з пп. 1-6 для керування положенням і траєкторією космічного апарата (20). 55
8. Спосіб генерування регульованої тяги за допомогою двигуна (1) на ефекті Холла, в якому виконують кроки: емітують електрони катодом (19), розташованим нижче по потоку відносно відкритого кінця (5) кільцевого каналу (2), обмеженого двома концентричними стінками (3, 4) з центральною віссю генерують радіальне магнітне поле (М) магнітним контуром біля відкритого кінця (5) кільцевого каналу (2) для уловлювання електронів, що емітуються катодом (19), і тим самим генерування електричного поля (Е) між відкритим кінцем (5) і анодом (9), розташованим біля закритого кінця (6) кільцевого каналу (2); інжектують газ, що створює тягу, контуром (11) інжекції у верхню по потоку ділянку (2а) кільцевого каналу (2), розділеного на декілька окремих камер (8) радіальними стінками (7), причому кожна камера отримує витрату газу, індивідуально регульовану пристроєм (12) регулювання; газ, що створює тягу, іонізують електронами, що вирвалися з магнітного поля (М) у напрямі до анода (9); електричне поле (Е) прискорює іонізований газ, що створює тягу, в осьовому напрямі до відкритого кінця (5) кільцевого каналу (2); і відхилюють радіально назовні іонізований газ, що створює тягу, за допомогою нахиленої відносно до поперечної площини двигуна (1) віртуальної катодної решітки, яка формується електронами, уловленими кінцевим рівнем магнітного контуру, яка має взаємно протилежні внутрішній полюс (18) і зовнішній полюс (15), в якій внутрішній полюс (18) зміщений по осі вниз по потоку відносно до внутрішнього полюса (15).
9. Спосіб генерування регульованої тяги за п. 8, який відрізняється тим, що щонайменше одним пристроєм (12) регулювання керують за допомогою блока керування.
10. Спосіб генерування регульованої тяги за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що керують величиною і напрямом тяги для керування траєкторією і орієнтацією космічного апарата (20), оснащеного двигуном (1) на ефекті Холла.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1160635A FR2982914B1 (fr) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Propulseur a effet de hall |
| PCT/FR2012/052659 WO2013076409A1 (fr) | 2011-11-22 | 2012-11-19 | Propulseur a effet de hall |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA114495C2 true UA114495C2 (uk) | 2017-06-26 |
Family
ID=47291164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201405431A UA114495C2 (uk) | 2011-11-22 | 2012-11-19 | Двигун на ефекті холла |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9494142B2 (uk) |
| EP (1) | EP2783112B1 (uk) |
| JP (1) | JP6010132B2 (uk) |
| CN (1) | CN103987964B (uk) |
| FR (1) | FR2982914B1 (uk) |
| IL (1) | IL232657A (uk) |
| RU (1) | RU2620880C2 (uk) |
| UA (1) | UA114495C2 (uk) |
| WO (1) | WO2013076409A1 (uk) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523773C2 (ru) | 2009-05-13 | 2014-07-20 | СиО2 Медикал Продактс, Инк., | Способ по выделению газа для инспектирования поверхности с покрытием |
| US9545360B2 (en) | 2009-05-13 | 2017-01-17 | Sio2 Medical Products, Inc. | Saccharide protective coating for pharmaceutical package |
| US11624115B2 (en) | 2010-05-12 | 2023-04-11 | Sio2 Medical Products, Inc. | Syringe with PECVD lubrication |
| US9878101B2 (en) | 2010-11-12 | 2018-01-30 | Sio2 Medical Products, Inc. | Cyclic olefin polymer vessels and vessel coating methods |
| WO2013071138A1 (en) | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Sio2 Medical Products, Inc. | PASSIVATION, pH PROTECTIVE OR LUBRICITY COATING FOR PHARMACEUTICAL PACKAGE, COATING PROCESS AND APPARATUS |
| US11116695B2 (en) | 2011-11-11 | 2021-09-14 | Sio2 Medical Products, Inc. | Blood sample collection tube |
| FR2986577B1 (fr) * | 2012-02-06 | 2016-05-20 | Snecma | Propulseur a effet hall |
| WO2014071061A1 (en) | 2012-11-01 | 2014-05-08 | Sio2 Medical Products, Inc. | Coating inspection method |
| EP2920567B1 (en) | 2012-11-16 | 2020-08-19 | SiO2 Medical Products, Inc. | Method and apparatus for detecting rapid barrier coating integrity characteristics |
| US9764093B2 (en) | 2012-11-30 | 2017-09-19 | Sio2 Medical Products, Inc. | Controlling the uniformity of PECVD deposition |
| US10201660B2 (en) | 2012-11-30 | 2019-02-12 | Sio2 Medical Products, Inc. | Controlling the uniformity of PECVD deposition on medical syringes, cartridges, and the like |
| US9662450B2 (en) | 2013-03-01 | 2017-05-30 | Sio2 Medical Products, Inc. | Plasma or CVD pre-treatment for lubricated pharmaceutical package, coating process and apparatus |
| WO2014164928A1 (en) | 2013-03-11 | 2014-10-09 | Sio2 Medical Products, Inc. | Coated packaging |
| US9937099B2 (en) | 2013-03-11 | 2018-04-10 | Sio2 Medical Products, Inc. | Trilayer coated pharmaceutical packaging with low oxygen transmission rate |
| EP2971227B1 (en) | 2013-03-15 | 2017-11-15 | Si02 Medical Products, Inc. | Coating method. |
| EP3693493A1 (en) | 2014-03-28 | 2020-08-12 | SiO2 Medical Products, Inc. | Antistatic coatings for plastic vessels |
| FR3032325A1 (fr) * | 2015-01-30 | 2016-08-05 | Snecma | Propulseur a effet hall et engin spatial comprenant un tel propulseur |
| FR3038663B1 (fr) * | 2015-07-08 | 2019-09-13 | Safran Aircraft Engines | Propulseur a effet hall exploitable en haute altitude |
| EP4001456A1 (en) | 2015-08-18 | 2022-05-25 | SiO2 Medical Products, Inc. | Pharmaceutical and other packaging with low oxygen transmission rate |
| CN108313328B (zh) * | 2018-02-02 | 2019-09-06 | 中国空间技术研究院 | 一种霍尔推力器扭矩抵消方法 |
| CN109707583A (zh) * | 2018-04-23 | 2019-05-03 | 李超 | 脉冲式冲量循环发动机 |
| DK3604805T3 (da) | 2018-08-02 | 2024-07-22 | Enpulsion Gmbh | Ion-thruster til vektoriseret reaktionskraft-fremdrift af et rumfartøj |
| CN111516907B (zh) * | 2020-04-27 | 2021-08-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种微阴极电弧推力阵列系统 |
| CN113501143B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-06-06 | 中国长城工业集团有限公司 | 一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法 |
| WO2023130166A1 (pt) * | 2022-01-10 | 2023-07-13 | Tiago Baptista De Alves Martins Alexandre | Sistema de propulsão usando bobinas com geração de campos de força |
| CN114615786B (zh) * | 2022-01-28 | 2024-07-23 | 北京控制工程研究所 | 一种磁响应磁等离子体动力推力器阴极及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2296295T3 (es) | 1995-12-09 | 2008-04-16 | Astrium Sas | Propulsor de efecto hall que puede guiarse. |
| JP4090503B2 (ja) * | 1996-04-01 | 2008-05-28 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | ホール効果プラズマ加速器 |
| IL126414A0 (en) * | 1996-04-01 | 1999-05-09 | Int Scient Products | A hall effect plasma thruster |
| JP2001506337A (ja) * | 1997-05-23 | 2001-05-15 | ソシエテ ナシオナル デチュード エ ドゥ コンストリュクシオン ドゥ モター ダビアシオン“エスエヌウセエムア” | 磁気流体力学的推進手段のためのイオンビーム集中化装置および該装置を装着した磁気流体力学的推進手段 |
| RU2163309C2 (ru) * | 1997-05-23 | 2001-02-20 | Московский государственный авиационный институт (технический университет) | Устройство концентрации пучка ионов для плазменного двигателя и плазменный двигатель, оборудованный таким устройством |
| EP1021073A1 (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-19 | Matra Marconi Space France S.A. | An ion accelerator |
| US6481672B1 (en) * | 2001-01-18 | 2002-11-19 | Lockheed Martin Corporation | Gimbaled thruster control system |
| US6456011B1 (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-24 | Front Range Fakel, Inc. | Magnetic field for small closed-drift ion source |
| EP1362185A2 (en) * | 2001-02-23 | 2003-11-19 | KAUFMAN & ROBINSON, INC. | Magnetic field for small closed-drift thruster |
| US6919672B2 (en) * | 2002-04-10 | 2005-07-19 | Applied Process Technologies, Inc. | Closed drift ion source |
| JP2007071055A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Osaka Univ | 磁場集中構造を有する磁気回路を備えたホールスラスタ |
-
2011
- 2011-11-22 FR FR1160635A patent/FR2982914B1/fr active Active
-
2012
- 2012-11-19 UA UAA201405431A patent/UA114495C2/uk unknown
- 2012-11-19 RU RU2014119896A patent/RU2620880C2/ru active
- 2012-11-19 US US14/360,099 patent/US9494142B2/en active Active
- 2012-11-19 EP EP12795572.2A patent/EP2783112B1/fr active Active
- 2012-11-19 JP JP2014541742A patent/JP6010132B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-11-19 WO PCT/FR2012/052659 patent/WO2013076409A1/fr active Application Filing
- 2012-11-19 CN CN201280057438.2A patent/CN103987964B/zh active Active
-
2014
- 2014-05-15 IL IL232657A patent/IL232657A/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015502480A (ja) | 2015-01-22 |
| US20140290210A1 (en) | 2014-10-02 |
| EP2783112A1 (fr) | 2014-10-01 |
| JP6010132B2 (ja) | 2016-10-19 |
| FR2982914A1 (fr) | 2013-05-24 |
| US9494142B2 (en) | 2016-11-15 |
| IL232657A0 (en) | 2014-06-30 |
| FR2982914B1 (fr) | 2014-01-17 |
| EP2783112B1 (fr) | 2019-09-11 |
| RU2620880C2 (ru) | 2017-05-30 |
| WO2013076409A1 (fr) | 2013-05-30 |
| RU2014119896A (ru) | 2015-12-27 |
| IL232657A (en) | 2017-09-28 |
| CN103987964B (zh) | 2017-03-29 |
| CN103987964A (zh) | 2014-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA114495C2 (uk) | Двигун на ефекті холла | |
| Levchenko et al. | Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: From proximate targets to furthermost frontiers | |
| EP3369294B1 (en) | Plasma accelerator with modulated thrust and space born vehicle with the same | |
| Ahedo | Plasmas for space propulsion | |
| EP0800196B1 (en) | A hall effect plasma accelerator | |
| Polk et al. | A theoretical analysis of vacuum arc thruster and vacuum arc ion thruster performance | |
| US9297368B1 (en) | Multi-thruster propulsion apparatus | |
| US9089040B2 (en) | Hall thruster, cosmonautic vehicle, and propulsion method | |
| US9234510B2 (en) | Hall effect thruster | |
| Garrigues et al. | Electric propulsion: comparisons between different concepts | |
| US9897079B2 (en) | External discharge hall thruster | |
| CA2250915C (en) | Hall effect plasma accelerator and thrusters | |
| JP6360903B2 (ja) | 反応スラスタを試験する地上システムおよび方法 | |
| US12006923B2 (en) | Intake system for an atmosphere breathing electric thruster for a spacecraft | |
| Dannenmayer et al. | Measurement of plasma parameters in the far-field plume of a Hall effect thruster | |
| CN111140447A (zh) | 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管 | |
| US6960888B1 (en) | Method of producing and accelerating an ion beam | |
| US10131453B2 (en) | Hall effect thruster and a space vehicle including such a thruster | |
| JP2018503774A5 (uk) | ||
| RU2614906C1 (ru) | Прямоточный электрореактивный двигатель | |
| US12044220B2 (en) | Two-stage low-power and high-thrust to power electric propulsion system | |
| RU2776324C1 (ru) | Прямоточный релятивистский двигатель | |
| Grigoryan | Ion sources for space thrusters | |
| GB2358043A (en) | Deriving thrust by accelerating charged particles | |
| Patterson | Multi-Thruster Propulsion Apparatus |