Плазмовий двигун із закритим зміщенням електронів з керованим вектором тяги

1 Плазмовий двигун із закритим зміщенням електронів з керованим вектором тяги, що містить якнайменше один основний кільцевий канал іонізації та прискорення, оснащений анодом і засобами живлення іонізованим газом, магнітний ланцюг створення магнітного поля в основному кільцевому каналі і порожнинний катод (140), приєднаний до засобів живлення іонізованим газом, який відр і з н я є т ь с я тим, що містить множину основних кільцевих каналів іонізації та прискорення (від 124А до 124D), що мають непаралельні осі (від 241А до 241 D), які сходяться з боку виходу електроприймача вищевказаних основних кільцевих каналів (від 124А до 124D), при цьому магнітний ланцюг для створення магнітного поля містить один перший полюсний башмак, сполучений зі всіма кільцевими каналами (від 124А до 124D), один другий ЗОВНІШНІЙ полюсний башмак (311), сполучений зі всіма кільцевими каналами (від 124А до 124D) і розміщений вище першого зовнішнього полюсного башмака з боку електроприймача (134), множину внутрішніх полюсних башмаКІВ(ВІД 135А до 135D) в КІЛЬКОСТІ, ЩО дорівнює КІЛЬ КОСТІ основних кільцевих каналів (від 124А до 124D), і закріплених на перших осердях (від 138А до 138D), розміщених навколо осей (від 241А до 241D) основних кільцевих каналів (від 124А до 124 D), множину перших котушок (від 133А ДО 133 D), розміщених ВІДПОВІДНО навколо множини перших осердь (від 138А до 138 D), множину других котушок (131), закріплених на других осердях (137), розміщених у вільному просторі між основними кільцевими каналами (від 124А до 124 D), причому другі осердя (137) других котушок (131) з'єднані між собою з боку джерела живлення за допомогою феромагнітних стержнів (136), і з'єднані з першим полюсним башмаком з боку електроприймача (134), причому двигун містить також засоби (192) для регулювання витрачання живлення іонізованим газом кожного основного кільцевого канала (від 124А до 124D) і засобу (191) контролю струму розряду і прискорення ІОНІВ у основних кільцевих каналах (від 124А до 124D) 2 Плазмовий двигун по п 1 , який відрізняється тим, що осі (від 241А ДО 241D) основних кільцевих каналів іонізації та прискорення (від 124А до 124D) сходяться на геометричній осі (752) двигуна 3 Плазмовий двигун по будь-якому із п 1 або 2, який відрізняється тим, що осі (від 241А ДО 241D) основних кільцевих каналів іонізації та прискорення (від 124А до 124D) утворюють з геометричною віссю (752) двигуна кути від 5° до 20° 4 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-3, який відрізняється тим, що кожний основний кільцевий канал іонізації та прискорення (від 124А до 124D) містить анод (від 125А до 125D), приєднаний до розподільника (від 127А до 127D), що живиться іонізованим газом за допомогою мережі каналів (від 118А до 118D), зв'язаних за допомогою ізолятора (від 300А ДО 300D) з регулятором витрачання (від 185А ДО 185D) 5 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-4, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що порожнинний катод (140) живиться за допомогою мережі каналів, зв'язаних за допомогою ізолятора (300) з пристроєм втрати заряду (186) 6 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 4-5, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що регулятори витрачання (від 185А до 185D) та пристрій втрати заряду (186) живляться за допомогою загального каналу (126), керованого за допомогою електроклапана (187) 7 Плазмовий двигун по будь - якому із пп 4-5, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що містить ланцюг електричного живлення (191) для виникнення розряду між порожнистим катодом (140) і анодами (від 125А до 125D), і тим що основні кільцеві канали (від 124А до 124D) роз'єднані за допомогою фільтрів (від 911А до 911D), розміщених між катодом (140) і анодами (від 125А до 125D) 8 Плазмовий двигун по п 7, який відрізняється О ю ю 00 ю 58559 тим, що для управління струмами розряду анодів (від 125А до 125D), він містить ланцюги зворотного зв'язку, що містять струмоприймачі (від 193А до 193D) і регулятор струму (192), що взаємодіє з регуляторами витрачання (від 185А до 185D) та одержує задану величину (921) загального струму розряду і якнайменше задану величину (922) відхилення вектора тяги для управління якнайменше по одній осі, при цьому струм розряду і прискорення ІОНІВ контролюється за допомогою розподілу магнітного поля, визначеного за допомогою магнітного ланцюга, в якому множина перших котушок (від 133А до 133D) і множина других котушок (131) послідовно з'єднані між катодом (140) і негативним полюсом ланцюга електричного живлення (191) 9 Плазмовий двигун по п 8, який відрізняється тим, що регулятори витрачання (від 185А до 185D) утворені термокапілярами, керованими за допомогою ланцюгів зворотного зв'язку струму розряду 10 Плазмовий двигун по п 8, який відрізняється тим, що регулятори витрачання (від 185А до 185D) утворені за допомогою мікроелектроклапанів дозування у термічному, п'єзоелектричному або магнітострикційному актуаторі 11 Плазмовий двигун по п 8, який відрізняється тим, що струмоприймачі (від 193А до 193D) містять гальванічну ІЗОЛЯЦІЮ ДЛЯ вимірювання струму кожного із анодів (від 125А до 125D) з потенціалом у кілька сотень вольт 12 Плазмовий двигун по п 1-11, який відрізняється тим, що діапазон витрачання у кожному кільцевому каналі (від 124А до 124D) складає від 50 % до 120 % номінального витрачання 13 Плазмовий двигун по пп 1-12, який відрізняється тим, що число других котушок складає від чотирьох до десяти 14 Плазмовий двигун по пп 1-13, який відрізняється тим, що містить загальну основу (175), що служить радіатором і основою для розміщення електричних та газоподібних з'єднань 15 Плазмовий двигун по пп 1-14, який відрізняється тим, що містить два основних кінцевих канали іонізації та прискорення (124А, 124В) 16 Плазмовий двигун по пп 14-15, який відрізняється тим, що містить два основних кільцевих канали іонізації та прискорення (124А, 124В) для управління по першій осі за допомогою засобів для регулювання витрачання живлення іонізованим газом, і механічні засоби шарнірного з'єднання основи (175) двигуна навколо другої осі 17 Плазмовий двигун по п 16, який відрізняється тим, що основа (175) двигуна з'єднана шарнірно навколо вищевказаної другої осі (782) з кутом (783) максимум 50° Винахід стосується плазмового двигуна із закритим зміщенням електронів з керованим вектором тяги, що містить якнайменш один кільцевий канал іонізації та прискорення, оснащений анодом та засоби живлення іонізованим газом, магнітний ланцюг створення магнітного поля у вищеназваному основному кільцевому каналі та порожнистий 18 Плазмовий двигун по п 16 або 17, який відрізняється тим, що основа (175) двигуна з'єднана шарнірно навколо вищевказаної другої осі (782) з кутом на двох підшипниках кочення (178), попередньо напружених за допомогою якнайменше одної гнучкої перегородки (781), закріпленої на нерухомій платформі і безпосередньо закріпленій у основі (175), при цьому центр ваги (751) рухомого блока розміщений поруч з віссю обертання (782), а кут обертання (783) управляється електричним мотором (177) і редуктором (179), що забезпечує кутове блокування 19 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-14, який відрізняється тим, що містить три основних кільцевих канали іонізації та прискорення (від 124А до 124С), розподілені у вигляді трикутника навколо осі (752) двигуна 20 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-14, який відрізняється тим, що містить чотири основних кільцевих канали іонізації та прискорення (від 124А до 124D), розподілені у вигляді чотирикутника навколо осі (752) двигуна 21 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-20, який відрізняється тим, що число других котушок кратне числу основних кільцевих каналів іонізації та прискорення (від 124А до 124D), при цьому котушки кожного підблока других котушок (131), призначених для кожного каналу (від 124А до 124D), з'єднані послідовно, а різні підблоки других котушок (131) з'єднані паралельно, при цьому повні електричні опори котушок, з'єднаних послідовно, рівні 22 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-20, який відрізняється тим, що число других котушок (131) кратне КІЛЬКОСТІ основних кільцевих каналів іонізації та прискорення від (124А до 124D), при цьому котушки кожного із підблоків других котушок (131), призначених для різних каналів (від 124А до 124D), живляться за допомогою верньєра струму 23 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-20, який відрізняється тим, що містить цифровий ланцюг зворотного зв'язку орієнтації вектора тяги, при цьому задані величини загальної тяги і відхилення вектора тяги задаються у цифровій формі, а задана величина відхилення вектора тяги має першість над заданою величиною загальної тяги у випадку невідповідності між обома заданими величинами 24 Плазмовий двигун по будь-якому із пп 1-15, 19, 20, який відрізняється тим, що засоби (192) для регулювання витрачання живлення іонізованим газом приймають дві задані величини відхилення вектора тяги для управління по двох осях катод, приєднаний до засобів живлення іонізованим газом Орієнтація векторів тяги іонних двигунів або двигунів із закритим зміщенням електронів дозволяє здійснювати операції контролю положення, змінюючи точку наведення вектора тяги центра ваги супутника або, навпаки, виключати пари 58559 поміхи, вирівнюючи вектор тяги таким чином, щоб ВІДСЛІДИТИ переміщення центра ваги супутника, викликані, наприклад, термічними деформаціями Така необхідність з'явилася у 70-х роках 20 го століття Оскільки механізми контролю вектора тяги по своїй природі досить складні, були здійснені багаточисельні спроби замінити цей контроль механічної тяги електростатичним або електромагнітним контролем У випадку з іонними бомбардувальними двигунами електростатичне відхилення є найбільш прийнятним Спосіб, що найбільш часто використовується, полягає у розділенні кожного отвору прискорюючої решітки на чотири сектори, потенціал яких може контролюватися незалежно, при цьому кут відхилення може досягати 3° Однак цей спосіб не був промислово здійснений Таким чином, ІОННІ бомбардувальні двигуни використовують звичайно орієнтації механічної тяги Як приклад можна привести двигуни Hughes XIPS 13 на супутнику HS 601 HP і двигуни RIT 10 та UK 10 на експериментальному супутнику ARTEMIS Що стосується двигунів із закритим зміщенням електронів, електромагнітне відхилення виявилося найбільш прийнятним Насправді, електричне поле у плазмовому двигуні визначається радіальним магнітним полем у повітряному зазорі Якщо здійснити зміни по азимуту радіального магнітного поля, зміниться також електричне поле Деформація еквіпотенціального поля викликає кутове відхилення вектора тяги Це рішення представлене у патенті США 5 359258 У цьому пристрої ЗОВНІШНІЙ полюсний башмак розділено на чотири сектори, при цьому кожний сектор закріплено на магнітному осерді із коаксіальною котушкою Диференційне живлення котушок дозволяє модифікувати азимутальний розподіл магнітного поля Однак, такий пристрій ніколи не використовувався на оперативному двигуні У заявці на Європатент ЕР 0 800 196 розкрита система орієнтації тяги, в якій чотири котушки, закріплені на чотирьох магнітних осердях у формі кругової дуги дозволяють проводити зміну радіального магнітного поля по азимуту Якщо різні способи електромагнітного контролю вектору тяги двигуна із закритим зміщенням електронів дозволяють одержати кути відхилення до 3°, то виникає ряд незручностей, пов'язаних із самою фізикою цих двигунів Зокрема, явище локального збільшення електричного поля змінює положення зони ерозії Профіль витирання, замість того, щоб бути вісесиметричним, буде більш явним з однієї сторони (переміщення центру ваги супутника детерміністське) У ВІДПОВІДНОСТІ З ТИМ, коли треба змінювати правила наводки пучка, площина розподілу між плазмою та стінкою витирання каналу не буде симетричною Із цього буде випливати більше витирання сторони, попередньо підданий помірному витиранню, але, в особливості, переміщення порогу витирання, що може в значній мірі порушити функціонування Слід також ВІДМІТИТИ, ЩО ІСПИТ на ДОВГОВІЧНІСТЬ важко точно здійснити для пристрою електромагнітного контролю В ДІЙСНОСТІ, як тільки ДОВГОВІЧНІСТЬ ризикує бути функцією закону управління вектором тяги, стає майже неможливо наглядно пояснити, що закон управління вектором тяги, що використовується при ІСПИТІ на ДОВГОВІЧНІСТЬ, більш жорсткий, ніж у реальності Друга незручність пов'язана із значним падінням продуктивності, коли пучок ІОНІВ (вектор тяги) відхилений Насправді, в осесиметричному двигуні ніщо не протидіє зміщенню електронів у кільцевому каналі під дією перехресних полів електричного та магнітного (звідси назва двигунів із закритим зміщенням електронів) Якщо змістити стінки канала по відношенню до полюсних наконечників, то можна констатувати зменшення продуктивності, що викликано збільшенням зіткнень електрони - стінки Таке ж явище має місце, якщо локально збільшити магнітне поле Воно буде погіршено асиметричним витиранням Простий засіб контролю вектора тяги полягає у використанні декількох двигунів, тяга яких контролюється індивідуально В цьому випадку дуже легко встановити напрям та амплітуду результуючого вектора тяги і ДОВГОВІЧНІСТЬ стає незалежною від закону орієнтації тяги Однак у такого способу є незручність, що полягає у його дороговизні, оскільки потребує якнайменш три двигуни та три джерела живлення електроенергією Задача даного винаходу - це усунення вказаних недоліків і, зокрема, можливість здійснення контролю вектора тяги з допомогою системи, що не збільшує масу завантажуючого блоку та його кошторису, і, внаслідок цього, не містить повну сукупність більшості двигунів, дозволяючи забезпечити зручне та ефективне управління орієнтацією вектора тяги, із кутами відхилення достатньо значними, не створюючи дисиметрм, що не піддається контролю Поставлена задача вирішується шляхом створення плазмового двигуна із закритим зміщенням електронів з керованим вектором тяги, що містить якнайменш один основний кільцевий канал іонізації та прискорення, оснащений анодом та засобами живлення іонізованим газом, магнітний ланцюг для формування магнітного поля в основному кільцевому каналі, і порожнинний катод, приєднаний до засобів живлення іонізованим газом що характеризується тим, що містить множину основних кільцевих каналів іонізації та прискорення, що мають непаралельні ВІСІ, ЩО СХОДЯТЬСЯ ЗІ сторони виходу електроприймача вищеназваних основних кільцевих каналів, при цьому магнітний ланцюг створення магнітного поля містить один перший, загальний зі всіма ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ башмак зі сторони електроприймача, загальний зі всіма кільцевими каналами і розташований вище першого зовнішнього полюсного башмака зі сторони електроприймача, множину внутрішніх полюсних башмаків у КІЛЬКОСТІ, що дорівнює КІЛЬКОСТІ ОСНОВНИХ кільцевих каналів І закріплених на перших осердях, розміщених навколо вісей основних кільцевих каналів, множина перших котушок, розміщених 58559 ВІДПОВІДНО навколо множини перших осердь, множина других котушок, закріплених на других осердях, розміщених у вільних просторах, створених між основними кільцевими каналами, причому другі осердя других котушок з'єднані між собою зі сторони джерела живлення за допомогою феромагнітних стержнів, а зі сторони електроприймача з'єднані з першим ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ башмаком зі сторони електроприймача, засобу для регулювання використання живлення іонізованим газом кожного основного кільцевого каналу і засобу контролю струму розряду і прискорення ІОНІВ у основних кільцевих каналах ВІСІ ОСНОВНИХ кільцевих каналів іонізації та прискорення сходяться на геометричній ВІСІ двигуна і можуть створювати з геометричною віссю двигуна кути від 5° до 20° Кожний основний кільцевий канал іонізації та прискорення містить один анод, приєднаний до одного розподільника, що живиться іонізованим газом за допомогою каналізації, зв'язаної за допомогою ізолятора з регулятором використання Порожнистий катод підключений за допомогою системи каналів, оснащеної ізолятором, з пристроєм втрати розряду Регулятори використання і пристрій втрати заряду живляться за допомогою загальної системи каналів, що контролюється за допомогою електроклапана Двигун містить ланцюг електричного живлення для встановлення розряду між порожнинним катодом і анодами, а генератори розряду основних кільцевих каналів роз'єднані за допомогою фільтрів, розміщених між катодом і анодами Щоб контролювати розрядний струм анодів, двигун містить ланцюги зворотного зв'язку, які містять струмоприймачі та стабілізатор струму, що діє на регулятори витрачання та приймає задану величину загального розряду та якнайменш задану величину відхилення вектору тяги для контролю щонайменш за однією віссю, при цьому струм розряду та прискорення ІОНІВ контролюється за допомогою розподілення магнітного поля, визначеного за допомогою вищеназваного магнітного ланцюга, в якому множина перших котушок та множина других котушок послідовно з'єднані між катодом та негативною котушкою ланцюга електричного живлення Регулятори використання створені за допомогою термокапілярів, що контролюються за допомогою ланцюгів зворотного зв'язку струму розряду або за допомогою мікроелектроклапанів дозування у термічному, п'єзоелектричному або магнітострикційному актюаторі Струмоприймачі можуть бути оснащені гальванічною ІЗОЛЯЦІЄЮ для вимірювання струму кожного із анодів з потенціалом у кілька сотень вольт Переважно діапазон використання у кожному основному кільцевому каналі складає від 50% до 120% номінального використання КІЛЬКІСТЬ других котушок може складати від 4 до 10 Згідно можливому варіанту здійснення двигун може містити два основних кільцевих канали або три основних кільцевих канали, розподілених у вигляді трикутника навколо ВІСІ двигуна, або ж чо 8 тири основних кільцевих канали, розподілених у вигляді квадрата навколо ВІСІ двигуна Згідно кращому варіанту здійснення КІЛЬКІСТЬ других котушок являє собою кратне число КІЛЬКОСТІ основних кільцевих каналів, котушки кожного підблоку других котушок, призначених для кожного каналу, з'єднані послідовно, а різні під - блоки других котушок з'єднані паралельно, рівні Згідно другому варіанту здійснення КІЛЬКІСТЬ других котушок представляє кратне число КІЛЬКОСТІ основних кільцевих каналів іонізації та прискорення, а котушки кожного із під - блоків других котушок, призначених для різних каналів, живляться за допомогою верньєра струму Згідно винаходу, двигун містить цифровий ланцюг зворотного зв'язку орієнтації вектора тяги, при цьому задані величини загальної тяги і відхилення вектора тяги має першість над заданою величиною загальної тяги у випадку невідповідності між обома заданими величинами Переважно двигун містить загальну основу, що служить радіатором місцеположення для електричних та газоподібних з'єднань Згідно винаходу засоби для регулювання використання живлення іонізованим газом приймають дві задані величини відхилення вектора тяги для контролю по двом вісям Згідно варіанту здійснення винаходу двигун містить два основних кільцевих канали іонізації та прискорення, що дозволяють здійснювати контроль по першій ВІСІ за допомогою пристрою для регулювання використання живлення іонізованим газом, і механічні засоби шарнірного з'єднання основи двигуна навколо другої ВІСІ У цьому випадку основа двигуна з'єднана шарнірно навколо другої ВІСІ З максимальним кутом у 50° Основа двигуна згідно винаходу шарнірно з'єднана навколо вищеназваної другої ВІСІ на двох попередньо напружених підшипниках кочення за допомогою якнайменш перегородки, змонтованої на нерухомій платформі і безпосередньо закріпленої в основі, при цьому центр ваги рухомого блока розміщений біля ВІСІ обертання, а кут обертання контролюється за допомогою електродвигуна і редуктора, що забезпечують кутове блокування Інші характеристики і переваги винаходу пояснюються описом переважних варіантів здійснення із посиланнями на прикладені креслення, на яких фіг 1 зображує перший приклад виконання плазмового двигуна (вигляд збоку) з двома основними кільцевими каналами, згідно винаходу, фіг 2 - плазмовий двигун (вигляд спереду) з боку електроприймача, згідно винаходу, фіг 3 - плазмовий двигун (частковий розріз), згідно винаходу, фіг 4 - електрична і газова схеми другого прикладу виконання плазмового двигуна з трьома основними кільцевими каналами, згідно винаходу, фіг 5 - плазмовий двигун (вигляд збоку) з трьома основними кільцевими каналами, розподіленими у вигляді трикутника, з сімома ЗОВНІШНІМИ котушками, згідно винаходу, фіг 6 - плазмовий двигун (вигляд спереду) з боку електроприймача, фіг 18 - схема, що демонструє нахил каналів 58559 двигуна, фіг 7 - другий приклад виконання плазмового двигуна (вигляд збоку) з трьома основними кільцевими каналами, розподіленими у вигляді трикутника, з десятьма ЗОВНІШНІМИ котушками, фіг 8 - плазмовий двигун (вигляд спереду) з боку електроприймача, фіг 9 - ще один приклад виконання плазмового двигуна (вигляд збоку) з чотирма основними кільцевими каналами, розподіленими у вигляді квадрата, з дев'ятьма ЗОВНІШНІМИ котушками, фіг 10 - плазмовий двигун (вигляд спереду) з боку електроприймача, фіг 17 - схема, що демонструє нахил каналів двигуна, фіг 11 - ще один приклад виконання плазмового двигуна (вигляд з боку) з двома основними кільцевими каналами і шістьма ЗОВНІШНІМИ котушками, оснащеними віссю механічного орієнтування, фіг 12 - плазмовий двигун (вигляд спереду) з боку електроприймача, фіг 13 - вигляд по стрілці F на фіг 13, і деталі виконання ВІСІ механічного орієнтування, фіг 14 - загальний вигляд з аксіальним розрізом анода, який може бути вбудованим в кожний із основних кільцевих каналів двигуна, згідно винаходу, фіг 15 - варіант виконання основного кільцевого каналу двигуна (аксіальний розріз) згідно винаходу, фіг 16 - відомий плазмовий двигун (вигляд збоку), що містить єдиний основний кільцевий канал і засоби механічного наведення Нижче описуються різні приклади виконання плазмових двигунів із закритим зміщенням електронів, оснащених кількома основними кільцевими каналами іонізації та прискорення Перший, другий, третій та четвертий кільцеві канали одного і того ж двигуна позначені А, В, С, D ВІДПОВІДНО Плазмовий двигун з двома основними кільцевими каналами 124А, 124В, розміщеними поруч і такими, що визначають, по суті, прямокутну конфігурацію, показаний на фіг 1 -3 ВІСІ 241 А, 241В обох каналів 124А, 124В нахилені під кутом 242° відносно геометричної ВІСІ 752 двигуна Єдиний порожнинний катод 140 з'єднує з обома головними каналами 124А, 124В Відомий плазмовий двигун з одним основним кільцевим каналом, таким як канал, що представлений на фіг 16 містить, в принципі, чотири ЗОВНІШНІ котушки 31, з'єднані з ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ башмаком 34 Плазмовий двигун ВІДПОВІДНО винаходу з двома основними каналами 124А, 124В має об'єднані ЗОВНІШНІ суміжні котушки 131, розміщені поруч із середньою частиною між обома каналами 124А, 124В Таким чином, можливо використовувати тільки шість ЗОВНІШНІХ котушок 131, зв'язаних з загальнимЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ башмаком 34, що представляє собою форму дуже розкритої латинської букви V (фіг 1 та 2) Внутрішні полюсні башмаки 135А, 135В закріплені на перших осердях 138А, 138В, розміщених навколо вісей 241 А, 241В основних кільцевих каналів 124А, 124В, і тому знаходяться в КІЛЬКОСТІ, що дорівнює КІЛЬКОСТІ кільцевих каналів 124А, 10 124В (фіг 3) ЗОВНІШНІ котушки 131 або другі котушки закріплені на других осердях 137, що знаходяться у вільних просторах, розміщених між основними кільцевими каналами 124А, 124В Осердя 137 котушок 131 зв'язані у своїй частині з боку електроприймача із ЗОВНІШНІМ полюсним башмаком з боку електроприймача 134 Другий ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ башмак з боку джерела живлення 311, що має частини 311 А, 311В, розміщені навколо кільцевих каналів 124А, 124В, що розміщені вище першого зовнішнього полюсного башмака з боку електроприймача 134 (фіг 3 та 15) Канали 124А, 124В та елементи магнітного ланцюга об'єднані з основою 175 переважно із легкого сплаву, що відіграє роль радіатора Електричні та газоподібні з'єднання поміщені в заглиблення, влаштовані в цій основі Магнітний ланцюг може бути здійснений, наприклад, подібно тому, як це описано у патенті США № 5 359 258 або як показано на фіг 3 та 15 Кожний кільцевий канал, такий як 124А, розділений ізолюючими стінками 122А, відкритий з краю з боку електроприймача і являє собою ділянку у формі всіченого конусу з боку джерела живлення та циліндричної форми з боку електроприймача Кільцевий анод 125А має ділянку у формі всіченого конуса відкритого з боку електроприймача Анод 125 може представляти прорізи 117А виконані у масивній частині 116А анода 125А для збільшення контактної поверхні з плазмою Отвори 120А нагнітання іонізованого газу, що йдуть від розподільника 127А іонізованого газу утворені у СТІНЦІ аноду 125А Розподільник 125А живиться іонізованим газом за допомогою системи каналів 126А Анод 125А може бути закріплений по відношенню до перегородок 122А із керамічного матеріалу, що розділяє канал 124А, наприклад, за допомогою масивного стовпчика 124А з круглим перерізом і за допомогою як найменш двох стончених стовпчиків 115А із пружних пластин Ізолятор 300А встановлюються між каналами 126А і анодом 125А, що зв'язаний за допомогою електричного з'єднання 145А з позитивним полюсом електричного живлення анодно-катодного розряду Внутрішній полюсний башмак 135А подовжується за допомогою центрального аксіального магнітного осердя 138А, який сам подовжується в частині з боку джерела живлення за допомогою множини радіальних рукавів 350А зв'язаних з другим внутрішнім конічним полюсним башмаком з боку джерела живлення 351А Друга внутрішня магнітна котушка 132А може бути поміщена з боку джерела живлення другого внутрішнього полюсного башмака 351А, на його ЗОВНІШНІЙ стороні Магнітне поле внутрішньої котушки 132А і спрямовується за допомогою радіальних рукавів 136, розміщених на подовженні радіальних рукавів 352А, а також за допомогою зовнішнього полюсного башмака 311А і внутрішнього полюсного башмака 351А Незначний повітряний зазор 361 може бути влаштований між радіальними рукавами 352А і радіальними рукавами 136 Листи суперізоляційного матеріалу, що створюють екран 130А, розміщуються вище кільцевого каналу 124А, і листи суперізоляційного матеріалу 12 11 58559 301 А, що створюють екран, також встановлюються досягає поля між каналом 124А і внутрішньою котушкою 133А Цей варіант цікавий для потужних двигунів, Екрани 130А, 301А усувають значну частину потодля яких краще розподілити ЗОВНІШНІ котушки, щоб ку, що випромінюється за допомогою каналу 124А розвантажити ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ башмак 134 до котушок 133А, 132А і основі 175 ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ башмак 134 та основа 175 У рамках плазмового двигуна з декількома камають форму неправильного шестикутника з шісналами 124А, 124В можливо використовувати тьма ЗОВНІШНІМИ котушками 131, розміщеними поодин єдиний катод 140 для живлення обох каналів руч з вершинами шестикутника і з чотирма ЗОВНІ124А, 124В В ДІЙСНОСТІ катод 140 створює плазШНІМИ котушками 131, розподіленими у вигляді мову хмару, відносно нечутливу по відношенню до зірки між трьома каналами від 124А до 124С одного із пучків, крім того, ВІСІ 241 А, 241В каналів На фіг 9, 10 та 17 зображено двигун з чотирма 124А, 124В є такими, що конвертують, а це приосновними кільцевими каналами 124А, 124В, зводить до перетину плазмових пучків та значно 124С, 124D, розміщеними у вигляді квадрата і зменшує повний електричний опір між пучками сполученими з дев'ятьма ЗОВНІШНІМИ котушками Однак не виключено додати один резервний ка131 ЗОВНІШНІ котушки 131 знаходяться навпроти тод, якщо це необхідно, зокрема, якщо КІЛЬКІСТЬ по відношенню до кількох каналів Тільки котушки каналів більша або дорівнює чотирьом 131, розміщені поруч з кутами полюсного башмака 134 та основи 175, що мають форму квадрата, Двигун з двома каналами 124А, 124В дозволяє знаходяться навпроти по відношенню тільки до контролювати вектор тяги по одній осі єдиного канала від 124А до 124D Таким чином, Конфігурації двигуна з трьома каналами від число ЗОВНІШНІХ котушок 131 може бути зведено 124А до 124С, як показано на фіг 5-8, 18 дозволявід 16 до 9 ють контролювати вектор тяги ВІСІ 241 А, 241В, 241С трьох основних кільцеЩоб одержати певне відхилення, треба збільвих каналів від 124А, 124В до 124С, розміщені шити кут 242 вісей від 241А до 241D по відношентрикутником, сходяться до ВІСІ 752 двигуна Кожню до ВІСІ 752, причому цей кут 242 перетворюєтьний канал від 124А до 124С оточений чотирма ся на копію кута, передбаченого у випадку двигуна ЗОВНІШНІМИ котушками 131 у конфігурації "алмаз" з двома каналами Деякі котушки 131 діють разом із двома сусідніми На фіг 11-13 представлений двигун з двома каналами таким чином, що загальне число ЗОВНІШканалами 124А, 124В, що подібний двигуну, зоНІХ котушок 131 зведено до 7 замість 12 браженому на фіг 1-3 Він оснащений засобами одно осної механічної орієнтації Число ампер-витків ЗОВНІШНІХ котушок 131 прилаштовується у ВІДПОВІДНОСТІ З периметром Обидва основних кільцевих канали 124А, 124В полюсних башмаків, призначених для живлення та з'єднані з ними їх шість ЗОВНІШНІХ котушок 131 Це число ампер - витків однакове для усіх чотизабезпечують зручне та гнучке управління орієнрьох самих центральних котушок, в той час як усі тацією вектора тяги по першій осі з кутом, що знатри ЗОВНІШНІ котушки 131, розміщені поруч з верходиться в межах від 5° до 20° Засоби одноосної шинами трикутників, утворених за допомогою камеханічної орієнтації дозволяють управляти орієнналів від 124А до 124С, містять дві третини від тацією вектора тяги по другій осі зі значним кутом, числа обертів центральних ЗОВНІШНІХ котушок 131 порядку, наприклад, 50° Другі основні елементи двигуна з трьома каНеобхідно ВІДМІТИТИ, що система одноосної налами 124А, 124В, 124С подібні до елементів механічної орієнтації набагато простіша, більш двигуна з двома каналами 124А, 124В, зокрема, у легка та більш міцна, ніж двоосна система механітому, що стосується загальної основи із легкого чної орієнтації Зокрема, у випадку з одноосною сплаву 175, загального катода 140, магнітних системою центр ваги 751 двигуна може бути розосердь від 138А до 138С внутрішніх котушок від міщений на ВІСІ обертання 782 пристрою орієнта133А до 133С і магнітних осердь 137 ЗОВНІШНІХ ції, що позбавляє тоді від необхідності приводити котушок 131, зв'язаних між собою за допомогою в дію пристрій блокування В ДІЙСНОСТІ, кутове блосітки феромагнітних стержнів кування може бути досягнуто безпосередньо за допомогою механізму управління незворотним На фіг 7 та 8 зображено двигун із трьома особертанням, що містить, наприклад, електричний новними кільцевими каналами 124А, 124В, 124С, двигун 177 та редуктор 179 Вісь обертання 782 що відрізняються від варіанта на фіг 5 та 6 тільки підмоторної плити, що качається, 175 двигуна з числом і розміщенням ЗОВНІШНІХ котушок 131 механічною орієнтацією може бути здійснена за У випадку варіанту виконання, зображеного на допомогою двох ПІДШИПНИКІВ кочення з нахиленим фіг 7 та 8 є десять ЗОВНІШНІХ котушок 131 Вони контактом 178, що здатні чинити опір динамічним розміщені таким чином, що кожний основний кільзусиллям у процесі запуску двигуна цевий канал 124А, 124В, 124С оточений п'ятьма котушками, що створюють неправильний п'ятикутЩонайменш один із ПІДШИПНИКІВ кочення з наник Ця неправильна форма залежить від кута хиленим контактом 178 може бути змонтований на конвергенції каналів, який складає близько 10° гнучкій перегородці 781, що дозволяє гарантувати Правильний п'ятикутник можливо було б одержапостійне та незалежне попереднє напруження тети, якби кут конвергенції каналів був би більш знармічних градієнтів, що заважають заклинюванню чним, порядку 37° Деякі із ЗОВНІШНІХ котушок 131 Сама гнучка перегородка 781 закріплена на неруодночасно служать для двох чи трьох каналів від хомій основі 176 Електричні з'єднання забезпечу124А до 124С таким чином, що загальне число ються за допомогою гнучкого кабелю та живлення ЗОВНІШНІХ котушок 131 зведено до десяти замість іонізованим газом через еластичні канали п'ятнадцяти Загальний полюсний башмак 134 Двигун з двома каналами 124А, 124В з одно 14 13 58559 осною механічною орієнтацією особливо корисний, (92, 9 2 1 , 922) коли мова іде проте, щоб направляти вектор тяги Природно, що схема, зображена на фіг 4, при по значному куту на одній ВІСІ І ПО більш незнач ному куту - на другій Це, зокрема, стосується випадку з супутниками дальнього зв'язку, що використовують плазмовий привод закінчення трансверта між геостацюнарною трансвертною орбітою (ГТО) та фінальною геостацюнарною орбітою (ФГО), потім для контролю ПІВНІЧ - Південь, а також для виконання задач, що потребують закону вектора тяги в орбітальному плані, потім поза орбітальним планом (корекція кута нахилу для трансверта ГТО - ФГО або для деяких планетарних задач) Взагалі кажучи, згідно винаходу, контроль вектора тяги досягається шляхом живлення роздільно штовхаючим газом кількох основних кільцевих каналів іонізації та прискорення від 124А до 124D, включених у загальний магнітний ланцюг 134, зв'язаного з єдиним порожнистим катодом 140 і з єдиним блоком живлення 190 (фіг 4) Для фіксованого (визначеного струмом, що проходить у загальному порожнинному катоді 140) магнітного радіального поля існує визначена припустима межа дебіт - маси, а отже струму розряду для мотору із закритим зміщенням електронів, що функціонує в нефокусуємому режимі ("mode tige " або "spike mode") Оскільки тяга пропорційна струму розряду і ваговій витраті у малій зоні навколо номінальної робочої точки, стає зручно контролювати індивідуальну тягу кожного каналу від 124А до 124D, змінюючи дебіт - масу Цього легко досягти за допомогою індивідуальних регуляторів витрати від 185А до 185D, що містять один термокапіляр, що контролюється за допомогою ланцюга зворотного зв'язку струму розряду Можна також використовувати мікроелектроклапани дозування (у термічному, п'єзоелектричному чи магнітострикційному актуаторі) У класичних стаціонарних плазмових двигунах струмоприймач розташований на лінії зворотного струму (у потенціалі, близькому до маси, оскільки рівний зменшеному катодному потенціалу падіння напруги у котушках) Необхідно також виміряти струм кожного анода При анодному потенціалі 300V краще здійснити це вимірювання за допомогою струмоприймача з гальванічною ІЗОЛЯЦІЄЮ ВІД 193А до 193D На приклад, можна виміряти диференціал струму між двома проводами, помістивши датчик Холла на ВІСІ двох соленоїдів, намотаних один навпроти одного, причому по кожному соленоїду проходить струм анода На фіг 4 показана електрична схема двигуна з трьома каналами від 124А до 124С (тобто із трьома анодами від 125А до 125С) Кожний анод від 125А до 125С зв'язаний із загальним живленням за допомогою одного фільтра, створеного ланцюгом L - С (від 911А ДО 911С) Це дозволяє перервати частоти коливань між кожним каналом, які можуть трохи відрізнятися по причині різних дебіт мас По відношенню до блоку живлення двигуна єдина складність полягає в підключенні додаткового управління регуляторами витрати та диференційних струмоприймачів з гальванічною ІЗОЛЯЦІЄЮ датна для варіанту виконання з чотирма каналами від 124А до 124D У цьому випадку додається тільки додаткова гілка, елементи якої позначені буквою D У кожній ГІЛЦІ, що відповідає одному каналу від 124А до 124D, кожне відділення містить анод від 125А до 125D і розподільник від 127А до 127D, що живиться іонізованим газом за допомогою системи каналів від 118А до 118D, ізолятора (від 300А до 300D) і регулятора витрати (от 185А до 185D), приєднаних за допомогою ланцюга загального живильного каналу 126, що контролюється за допомогою еле ктро клапан у 187 Загальний канал 126 живить також порожнинний катод 140 за допомогою пристрою втрати заряду 186 та ізолятора 300 Розряд проходить між порожнинним катодом 140 і анодами від 125А до 125D, за допомогою електричного ланцюга живлення Коливання розряду різних каналів відфільтровуються фільтрами від 911А до 911D, розміщеними між різними анодами від 125А до 125D і катодом 140 Струм розряду кожного анода контролюється за допомогою ланцюга зворотного зв'язку, що містить струмоприймач від 193А до 193 D, краще з гальванічною ІЗОЛЯЦІЄЮ, регулятор 192, що одержує одну задану величину 922 відхилення вектору тяги для контролю однієї ВІСІ, або дві задані величини 922 відхилення вектора тяги для контролю двох вісей, і одну задану величину 921 загального струму розряду Струм розряду і прискорення ІОНІВ контролюються за допомогою розподілення магнітного поля, визначеного ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ башмаком зі сторони електроприймача 134, загальним для всіх каналів, ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ башмаком з боку електроживлення 311, загальним для всіх каналів, ЗОВНІШНІХ котушок 1 3 1 , змонтованих на осердях 137, внутрішніми полюсними башмаками від 135А до 135 D, змонтованими на осердях від 138А до 138 D, оснащених котушками від 133А до 133 D Краї усіх полюсних башмаків мають профілі тороїдальних осердь, коаксіальні вісям від 241А до 241D каналів від 124А до 124D ЗОВНІШНІ котушки від 133А до 133D і ЗОВНІШНІ 131 послідовно з'єд нуються між катодом і негативним полюсом ланцюга електричного живлення, тоді як різні осердя з'єднуються з боку джерела живлення за допомогою феромагнітних стержнів 136 Ланцюги регулювання дозволяють визначити в кожному каналі від 124А до 124D діапазон витрати, що звичайно складає від 50% до 120% номінальної витрати Можливі різні варіанти виконання ланцюгів регулювання Згідно одному варіанту число ЗОВНІШНІХ котушок 131 є кратне числа основних кільцевих каналів від 124А до 124 D, котушки кожного підблоку котушок 131, призначеного для кожного каналу від 124А до 124D, з'єднуються послідовно, а різні підблоки котушок 131 з'єднуються паралельно Повні електричні опори котушок, з'єднаних послідовно рівні По другому варіанту число ЗОВНІШНІХ котушок 131 є кратне числа кільцевих каналів від 124А до 124D, а котушки кожного із підблоків котушок 131, призначених для різних каналів, живляться за до 15 58559 помогою верньера струму Згідно ще одному варіанту передбачається цифровий ланцюг зворотного зв'язку орієнтації вектора тяги, при цьому задані величини загальної тяги і відхилення вектора тяги даються у цифровій формі, а задана величина відхилення вектора тяги має першість над заданою величиною загальної тяги у випадку невідповідності між обома заданими величинами Слід ВІДМІТИТИ, ЩО ЗГІДНО винаходу двигун з багаточисельними каналами здатний виробляти таку ж електричну ємність контролю тяги як один єдиний двигун, встановлений на опорній плиті, дозволяючи відхилення 3° У випадку з одним єдиним двигуном, що застосовується, наприклад, на сузірному супутнику, відстань між двигуном і центром ваги супутника складає близько 1м Обертальний момент, індукований за допомогою тяги F з кутом відхилення Є, дорівнює C=Fsin6 Для 6=3° величина C=0,0523F Для одного двигуна з двома каналами, що знаходяться на відстані 140мм, з діаметром унітарного пучка 100мм і номінальною унітарною тягою F1/F2, якщо ВІСІ індивідуальних каналів представ 16 ляють кут розходження з півкутом а в 10°, допустима зміна обертального моменту за допомогою зміни обертального моменту за допомогою зміни індивідуальної тяги кожного каналу буде C=(0,07+sin10°) (AF1-AF2) C=0,21136(AF1-AF2) Якщо абсолютні значення змін рівні, то застосовуючи закон управління одержують AF1=0, 215 П Зміною ТЯГИ, яка складає в такому вигляді близько 20%, легко керувати Згідно З додатковою масою іонізованого газу, що завантажується на супутник, такий як телекомунікаційний супутник вагою 150кг, можна помітити, що у випадку відомого виконання, що містить дві опорні плити орієнтування, додаткова маса складає більше 12кг Для двигуна згідно винаходу з одною єдиною опорною плитою, але з багаточисельними каналами, необхідно завантажити додаткову масу іонізованого газу, такого як ксенон близько 2кг, що значно нижче додаткової маси, індукованої за допомогою відомих пристроїв з двома опорними плитами орієнтування 11 3 124А 131 Ы Фіг. 2 752 ' 123B 2WB 134 Фіг. 1 125А 12АА 13SA \j 241В 752 135В 125В 162А 175 136 Фіг. З 133В 175 58559 17 18 241Д V. wo; 2428 752 v . НАС -9 11 190 ФІг. 7 Фіг. 4 124В Фіг, 5 131 124 В 124С 124А Фїг. 6 Фіг. 9 19 131 124Д 20 58559 131. 124S 1Э5А 125А 116А 131 к . у. [_j Фіг. 14 140 134 122А 124А 122А Фіг. ЇО ш • І 52 > 135А 241А 241В 175 177 136 132A 1 6 2 A 36t Ш А 351А 352А Z41A Ф«. II 75 Фіг. /: 241A-J 752 16 Фіг. 1 21 58559 22 752 ФІГ. Комп'ютерна верстка Е Гапоненко {2 Підписано до друку 05 09 2003 Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна