Плазмовий ракетний двигун із замкнутим дрейфом електронів

1 Плазмовий ракетний двигун із замкнутим дрейфом електронів, який містить головний кільцевий канал для іонізації та прискорення, який утворений стінками із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу і який відкритий на своєму нижньому за течією КІНЦІ, принаймні один порожнистий катод, розташований на ЗОВНІШНІЙ стороні головного кільцевого каналу, впритул до його нижньої за течією частини, кільцевий анод, розташований концентрично із головним кільцевим каналом та на відстані від відкритого нижнього за течією кінця, трубу та розподільний розгалужений трубопровід для подачі іонізуючого газу в кільцевий анод, а також магнітну систему для створення магнітного поля у головному кільцевому каналі, який відрізняється тим, що магнітна система має по суті радіальний перший ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник, конічний другий ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник, по суті радіальний перший внутрішній полюсний наконечник, конічний другий внутрішній полюсний наконечник, велику КІЛЬКІСТЬ ЗОВНІШНІХ магнітних осердь, ото чених ЗОВНІШНІМИ котушками, для з'єднання поміж собою першого та другого ЗОВНІШНІХ ПОЛЮСНИХ наконечників, осьове магнітне осердя, оточене першою внутрішньою котушкою та приєднане до першого внутрішнього полюсного наконечника, та другу внутрішню котушку, розміщену за течією відносно ЗОВНІШНІХ котушок 2 Плазмовий ракетний двигун за п 1, який відрізняється тим, що він має велику КІЛЬКІСТЬ радіальних розгалужень, які приєднують осьове магнітне осердя до верхньої за течією частини конічного внутрішнього полюсного наконечника, а також велику КІЛЬКІСТЬ других радіальних розгалужень, що до великої КІЛЬКОСТІ ЗОВНІШНІХ магнітних осердь та до верхньої за течією частини конічного другого зовнішнього полюсного наконечника 3 Плазмовий ракетний двигун за п 2, який відрізняється тим, що число перших радіальних відгалужень та число других радіальних відгалужень дорівнює числу ЗОВНІШНІХ магнітних осердь 4 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 2 або 3, який відрізняється тим, що між кожним першим радіальним відгалуженням та ВІДПОВІДНИМ другим радіальним відгалуженням залишена щілина 5 Плазмовий ракетний двигун за пп 1 - 4, який відрізняється тим, що головний кільцевий канал має в осьовій площині зріз у формі зрізаного конуса у верхній за течією частині циліндричної форми у нижній за течією частині, а кільцевий анод має в осьовій площині зріз, який звужується у формі зрізаного конуса 6 Плазмовий ракетний двигун за пп 1 - 5, який відрізняється тим, що має основу з матеріалу, який є добрим провідником тепла і відрізняється від матеріалу осьового магнітного осердя, першого та другого ЗОВНІШНІХ полюсних наконечників, першого та другого внутрішніх полюсних наконечників, причому згадана основа утворює опору ракетного двигуна і служить для охолодження першої внутрішньої котушки, другої внутрішньої котушки та ЗОВНІШНІХ котушок за допомогою теплопровідності 7 Плазмовий ракетний двигун за п 6, який відрізняється тим, що основа конструкції вкрита на бічних гранях емісійним покриттям 8 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 6 або 7, який відрізняється тим, що стінки, які утворюють головний кільцевий канал, утворюють кільцевий канал у вигляді єдиного блока й приєднані до основи за допомогою єдиної опори, що має пази для компенсації розширення, та прикріплені до єдиної опори гвинтовим з'єднанням 9 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 6 або 7, який відрізняється тим, що кільцевий головний канал має нижній за течією кінець, обмежений кільцеподібними елементами, виготовленими із ізоляційної кераміки, кожний із яких приєднаний до основи за допомогою окремої опори, при цьому верхня за течією ділянка кільцевого головного каналу утворена за допомогою стінок О 1 ю 57770 анода, який електрично ізольований від опор вакуумом 10 Плазмовий ракетний двигун за п 9, який відрізняється тим, що відношення осьової довжини стінок, виготовлених із ізоляційної кераміки, до ширини каналу знаходиться у діапазоні від 0,25 до 0,5, а відстань між стінками анода та опорою стінок, виготовлених із ізоляційної кераміки, знаходиться в діапазоні від 0,8 мм до 5 мм 11 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 9 або 10, який відрізняється тим, що анод зафіксований відносно основи за допомогою жорсткого циліндричного стержня та гнучких пластин у формі лопатей 12 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 2 та 6 -11, який відрізняється тим, що в основі виконані виїмки для розташування других радіальних відгалужень, труби подачі іонізуючого газу з насадженим на неї ізолятором, електричного проводу для подачі напруги зміщення анода, а також проводів для живлення ЗОВНІШНІХ котушок та першої і другої внутрішніх котушок 13 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 12, який відрізняється тим, що містить шари із матеріалу з дуже хорошими ІЗОЛЯЦІЙНИМИ характеристиками, розташовані вище за течією по відношенню до головного кільцевого каналу, та шари матеріалу з дуже хорошими ІЗОЛЯЦІЙНИМИ характеристиками, розташовані поміж головним кільцевим каналом та першою внутрішньою котушкою 14 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 13, який відрізняється тим, що конус конічного верхнього за течією другого внутрішнього полюсного наконечника направлений вістрям вниз за течією 15 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 13, який відрізняється тим, що конус конічного верхнього за течією другого внутрішнього полюсного наконечника направлений вістрям вверх за течією 16 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 6 - 12, який відрізняється тим, що має спільну опору для підтримки першої внутрішньої котушки, конічного другого внутрішнього полюсного наконечника та другої внутрішньої котушки, які прикріплені до спільної опори паянням або дифузним зварюванням, а спільна опора за допомогою гвинта приєднана до основи із використанням теплопровідного шару, прокладеного поміж опорою та основою 17 Плазмовий ракетний двигун за п 16, який відрізняється тим, що перша внутрішня котушка охолоджується тепловою трубою, приєднаною до внутрішньої ділянки спільної опори й розміщеною у виїмці магнітного осердя 18 Плазмовий ракетний двигун за п 16, який відрізняється тим, що перша внутрішня котушка охолоджується великою КІЛЬКІСТЮ теплових труб, що приєднані до верхньої за течією ділянки спільної опори та проходять через отвори, виконані в другому внутрішньому полюсному наконечнику 4 19 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1-18, який відрізняється тим, що конічний другий ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник має отвори 20 Плазмовий ракетний двигун за п 19, який відрізняється тим, що перший та другий ЗОВНІШНІ ПОЛЮСНІ наконечники механічно з'єднані поміж собою за допомогою немагнітної з'єднуючої деталі, яка має отвори 21 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 20, який відрізняється тим, що ЗОВНІШНІ магнітні сердечники ЗОВНІШНІХ котушок нахилені під кутом г відносно осі ракетного двигуна так, що осі ЗОВНІШНІХ магнітних осердь по суті перпендикулярні бісектрисі кута, складеного твірними ЛІНІЯМИ конусів першого та другого ЗОВНІШНІХ наконечників 22 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 4, який відрізняється тим, що кільцевий анод має розгалужений трубопровід, який оснащений перегородками та має нижню за течією плоску плиту, об'єднану із стінками головного каналу для утворення двох кільцевих діафрагм, хвостову плиту, насаджену на стінки головного каналу, для обмеження витікання газу у верхньому за течією напрямі та циліндричні стінки, оснащені отворами для інжекції іонізуючого газу у головний канал 23 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 6 - 12, який відрізняється тим, що основа виготовлена із легкого сплаву й анодована по бічній грані 24 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 6 - 12, який відрізняється тим, що основа виготовлена із композиційного матеріалу на основі вуглецю й покрита на нижній за течією грані осадженим покриттям із МІДІ 25 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 24, який відрізняється тим, що ЗОВНІШНІ котушки, а також перша та друга внутрішні котушки виготовлені із екранованого проводу з ІЗОЛЯЦІЄЮ ІЗ неорганічного матеріалу, при цьому проводи різних витків котушок закріплені поміж собою твердим металічним припоєм, що має високу питому теплопровідність 26 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким пп 1 25, який відрізняється тим, що ЗОВНІШНІ котушки, а також перша та друга внутрішні котушки послідовно з'єднані між собою й електрично приєднані до катода та до негативного полюса джерела електроенергії для розряду між анодом та катодом 27 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 26, який відрізняється тим, що конічний другий ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник має кут напіврозхилу конуса, що знаходиться в діапазоні від 25° до 60° 28 Плазмовий ракетний двигун за будь-яким із пп 1 - 27, який відрізняється тим, що конічний другий внутрішній полюсний наконечник має кут напіврозхилу конуса відносно осі ракетного двигуна, що знаходиться в діапазоні від 15° до 45° 57770 Даний винахід належить до плазмових ракетних двигунів із замкнутим дрейфом електронів,адаптованих до високих теплових навантажень Ракетний двигун має головний кільцевий канал для іонізації та прискорення, утворений деталями, виготовленими із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу, який відкритий на своєму нижньому за течією КІНЦІ, принаймні один порожнистий катод, розташований із зовнішнього боку головного кільцевого каналу, впритул до його нижньої за течією частини і кільцевий анод, розташований концентрично із головним кільцевим каналом на відстані від відкритого нижнього за течією кінця, трубу та розподільний розгалужений трубопровід для подачі в кільцевий анод іонізуючого газу, а також магнітну систему для створення магнітного поля в головному кільцевому каналі Попередній рівень техніки Плазмові ракетні двигуни із замкнутим дрейфом електронів, що мали структуру, зображену в розрізі на фіг 13, уже ВІДОМІ (ДИВ наприклад документ ЕР-А-0541309) Ракетний двигун такого типу має катод 2, газорозподільний розгалужений трубопровід 1, який утворює анод, кільцевий прискорювальний канал (розрядну камеру) 3, обмежену внутрішніми та ЗОВНІШНІМИ стінками За та 36, та магнітну систему, яка містить ЗОВНІШНІЙ полюс 6, внутрішній полюс 7 центрального осердя 12, магнітний кожух 8, внутрішню котушку 9 та зовнішню котушку 10 Кільцевий прискорювальний канал 3 розташований між внутрішнім магнітним екраном 4 та ЗОВНІШНІМ магнітним екраном 5, дозволяючи збільшувати градієнт радіального магнітного поля в каналі З Канал 3 з'єднаний із ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ наконечником 6 за допомогою циліндричної металічної деталі 17 З погляду теплотехніки канал 3 оточений не лише магнітними екранами 4 та 5, але також і тепловими екранами 13, які протистоять випромінюванню, направленому до осі та до центральної котушки, а також назовні Єдина ефективна можливість охолодження шляхом випромінювання тепла є на нижньому за течією КІНЦІ каналу 3, який відкритий у простір Таким чином, температура каналу вища, ніж вона могла б бути, якби канал З міг випромінювати через свою зовнішню бічну грань Документ WO 94/02738 розкриває плазмовий ракетний двигун із замкнутим дрейфом електронів 20, в якому прискорювальний канал 24 з'єднується у верхній за течією частині із буферною або гальмівно камерою 23 (фіг 14), яка зображує вертикальну проекцію в осьовому напіврозрізі такої конструкції Плазмовий ракетний двигун (фіг 14) має кільцевий головний канал 24 для іонізації та прискорення, що утворюється деталями 22 із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу, та, відкритий на своєму нижньому за течією КІНЦІ 25 а, принаймні, один порожнистий катод 40 та кільцевий анод 25, розташований концентричне з головним каналом 24 Засіб 26 подачі іонізуючого газу відкривається у верхній за течією частині аноду 25 через кільцевий розподільний розгалужений трубопровід 27 Засоби 31-33 та 3438, призначені для створення магнітного поля в головному каналі 24, для того, щоб у головному каналі 24 створювати магнітне поле, яке є по суті радіальним і має градієнт із максимальною індукцією на нижньому за течією КІНЦІ 25 а каналу 24 Засоби створення магнітного поля мають зовнішню котушку 31, оточену магнітним захистом, ЗОВНІШНІЙ та внутрішній полюсні наконечники 34 та 35, перше осьове осердя 33, друге осьове осердя 32, оточене магнітним захистом та магнітним ярмом 36 Гальмівна камера 23 може вільно випромінювати тепло в простір і таким чином допомагати охолодженню каналу 24 Проте, тороїдальна зовнішня котушка 31 протидіє охолодженню каналу 24 в частині, яка несе найбільше теплове навантаження Крім того, перша внутрішня котушка 33 повинна забезпечити дуже велике число ампервитків у доступному обсязі, який визначається магнітним екраном, пов'язаним із другою осьовою котушкою 32 Це призводить до нагрівання до дуже високої температури ВІДОМІ плазмові ракетні двигуни із замкнутим дрейфом електронів, які можна віднести до стаціонарних плазмових ракетних двигунів, використовуються в основному для управління орієнтацією "ПІВНІЧ - південь" геостацюнарних супутників Конструктивні характеристики відомих плазмових ракетних двигунів із замкнутим дрейфом електронів не дозволяють оптимізувати теплопровід при роботі А тому плазмові ракетні двигуни із замкнутим дрейфом електронів не можуть мати достатньо високий рівень потужності, щоб забезпечити первинні тяглові зусилля для космічного польоту, наприклад, такого, як виведення на геостацюнарну орбіту або міжпланетний політ, зокрема із-за того, що відношення площі до розсіяної потужності менше для великого ракетного двигуна, що означає, що або температура великого плазмового ракетного двигуна відомого типу надзвичайно збільшується, або, якщо тепловий потік зберігається постійним, маса такого великого двигуна стає надзвичайно великою Короткий зміст суті винаходу Завданням даного винаходу є усунення названих вище недоліків і забезпечення можливості оптимізувати роботу й тепловідвід у плазмових ракетних двигунах із замкнутим дрейфом електронів таким чином, щоб створити плазмові ракетні двигуни з потужністю, значно більшою, ніж у відомих плазмових ракетних двигунах із замкнутим дрейфом електронів У винаході запропонована найновіша конфігурація плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, в якому теплове та конструктивне виконання поліпшено порівняно із відомими плазмовими ракетними двигунами Поставлена задача вирішується шляхом плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, який адаптований до високих теплових навантажень і містить головний кільцевий канал для іонізації та прискорення, що утворений елементами, виготовленими із ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу, і який відкритий на своєму нижньому по течи КІНЦІ, принаймні один порожнистий катод, розташований із зовнішнього боку головного кільцевого каналу, впритул до його нижньої за течією частини, кіль 57770 цевий анод, концентричний із головним кільцевим каналом і розташований на відстані від відкритого нижнього за течією кінця, трубу та розподільний розгалужений трубопровід для подачі в кільцевий анод іонізуючого газу, а також магнітну систему для створення магнітного поля в головному кільцевому каналі, в якому, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, магнітна система має по суті радіальний перший ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ наконечник, конічний другий ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник, по суті радіальний перший внутрішній полюсний наконечник, конічний другий внутрішній полюсний наконечник, велику КІЛЬКІСТЬ ЗОВНІШНІХ магнітних осердь, оточених ЗОВНІШНІМИ котушками, для з'єднання поміж собою першого та другого ЗОВНІШНІХ ПОЛЮСНИХ наконечників, осьове магнітне осердя, оточене першою внутрішньою котушкою І з'єднане з першим внутрішнім полюсним наконечником, другу внутрішню котушку, розташовану нижче за течією відносно ЗОВНІШНІХ котушок Наявність великої КІЛЬКОСТІ ЗОВНІШНІХ магнітних осердь, які з'єднують поміж собою перший та другий ЗОВНІШНІ полюсні наконечники, дозволяє значній частині випромінювання, що надходить від внутрішньої стінки керамічного каналу, проходити між ними Конічна форма другого зовнішнього наконечника дозволяє збільшити об'єм, доступний для ЗОВНІШНІХ котушок та збільшити тілесний кут, по якому може проходити випромінювання Конічна форма другого внутрішнього полюсного наконечника також дозволяє збільшити об'єм, доступний для першої внутрішньої котушки, при цьому ще й каналізуючи магнітний потік так, щоб виконувати функцію захисту для другої внутрішньої котушки Краще, щоб плазмовий ракетний двигун мав велику КІЛЬКІСТЬ радіальних розгалужень, які об'єднують поміж собою осьове магнітне осердя до верхньої за течією частини конічного другого внутрішнього полюсного наконечника, та велику КІЛЬКІСТЬ других радіальних розгалужень, які продовжують перші радіальні розгалуження, та, з'єднаних із згаданою великою КІЛЬКІСТЮ ЗОВНІШНІХ магнітних осердь і з верхньою за течією частиною конічного другого зовнішнього полюсного наконечника Число перших радіальних розгалужень та число других радіальних розгалужень дорівнює числу ЗОВНІШНІХ магнітних осердь Між КОЖНИМ першим радіальним розгалуженням та ВІДПОВІДНИМ другим радіальним розгалуженням передбачені невеликі щілини, щоб доповнити дію другої внутрішньої котушки ВІДПОВІДНО ДО винаходу, плазмовий ракетний двигун передбачає основу конструкції із матеріалу, який є добрим провідником тепла і відрізняється від матеріалу основного магнітного осердя, першого та другого ЗОВНІШНІХ полюсних наконечників, першого та другого внутрішніх полюсних наконечників, причому ця основа утворює механічну опору ракетного двигуна та служить для охолодження першої внутрішньої котушки, другої внутрішньої 8 котушки та ЗОВНІШНІХ котушок за допомогою теплопровідності Краще, щоб основа конструкції була покрита на бічних гранях емісійним покриттям Краще, щоб головний кільцевий канал мав у осьовій площині розріз у формі зрізаного конуса у своїй нижній за течією частині із циліндричною формою у своїй нижній за течією частині, а кільцевий анод мав у осьовій площині розріз, який звужується у формі зрізаного конуса ВІДПОВІДНО ДО винаходу, елементи, що утворюють головний кільцевий канал, визначають межі кільцевого каналу у вигляді єдиного блоку і з'єднані з основою за допомогою єдиної опори, що має пази для компенсації розширення, та прикріплені до єдиної опори гвинтовим з'єднанням У іншому конкретному варіанті втілення, кільцевий головний канал має нижній за течією кінець, обмежений двома кільцеподібними деталями, виготовленими із ізоляційної кераміки, кожна з яких з'єднана з основою за допомогою окремої опори, а верхня за течією ділянка кільцевого головного каналу реалізована за допомогою стінок анода, який електрично ізольований від опор вакуумом Окремі опори коаксіальні Наприклад, відношення осьової довжини деталей, виготовлених Із ізоляційної кераміки, до ширини каналу знаходиться в діапазоні від 0,25 до 0,5, а відстань між стінками анода і опорою деталей, виготовлених із ізоляційної кераміки, знаходиться в діапазоні від 0,8мм до 5мм Анод фіксується відносно основи шляхом жорсткого циліндричного стержня та гнучких пластин у формі лопатей В основі можуть бути вифрезеровані виїмки, щоб розмістити другі радіальні розгалуження, трубу подачі іонізуючого газу із насадженим на неї ізолятором, електричний провід для подачі напруги зміщення анода, а також провода для живлення ЗОВНІШНІХ котушок І першої та другої внутрішніх котушок Дякуючи наявності основи конструкції, магнітна система може по суті виконувати функцію каналізування магнітного потоку, при цьому монолітна основа, виготовлена із матеріалу, який є добрим теплопровідником, тобто із легкого сплаву, і анодована на бічній грані або виготовлена із композиційного матеріалу на основі вуглецю й вкрита на и нижній за течією грані осадженим покриттям із МІДІ, служить одночасно для охолодження котушок за допомогою теплопровідності та для відводу теплових втрат шляхом випромінювання, а також для забезпечення МІЦНОСТІ конструкції ракетного двигуна Плазмовий ракетний двигун включає шари матеріалу з дуже високими ІЗОЛЯЦІЙНИМИ характеристиками, що розташовані вище за течією відносно головного кільцевого каналу, а також шари матеріалу з дуже високими ІЗОЛЯЦІЙНИМИ характеристиками, які вставлені між головним кільцевим каналом та першою внутрішньою котушкою У першій можливій конфігурації, конус конічного верхнього за течією другого внутрішнього полюсного наконечника спрямований вістрям вниз за течією У другій можливій конфігурації, конус конічного 57770 верхнього за течією другого внутрішнього полюсного наконечника спрямований вістрям вверх за течією ВІДПОВІДНО ДО другої відмінної ознаки винаходу, плазмовий ракетний двигун має спільну опору для підтримки першої внутрішньої котушки, конічного другого внутрішнього полюсного наконечника та другої внутрішньої котушки, які прикріплені до спільної опори за допомогою пайки або дифузного зварювання, і спільна опора за допомогою гвинта приєднана до основи з теплопровідним шаром, прокладеним поміж опорою та основою У конкретному варіанті для поліпшення охолодження першої внутрішньої котушки, яка несе найбільше теплове навантаження, вона охолоджується теплопроводом, з'єднаним з внутрішньою ділянкою спільної опори і розташованим у виїмці магнітного осердя У другому варіанті перша внутрішня котушка охолоджується великою КІЛЬКІСТЮ теплових труб, приєднаних до верхньої за течією ділянки спільної опори, і які проходять через отвори, зроблені в другому внутрішньому полюсному наконечнику Краще, щоб конічний другий ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ наконечник мав отвори Перший та другий ЗОВНІШНІ ПОЛЮСНІ наконечники механічно з'єднані поміж собою немагнітною конструктивною з'єднувальною деталлю, яка має отвори У другому варіанті втілення ЗОВНІШНІ магнітні осердя ЗОВНІШНІХ котушок нахилені під кутом 3 І> відносно осі ракетного двигуна таким чином, що осі ЗОВНІШНІХ магнітних осердь були по суті перпендикулярні бісектрисі кута, утвореного ЛІНІЯМИ конусів першого та другого ЗОВНІШНІХ ПОЛЮСНИХ наконечників ВІДПОВІДНО ДО другої відмінної ознаки, кільцевий анод включає розгалужений трубопровід, оснащений внутрішніми перегородками, і який має нижню за течією плоску плиту, з'єднану із стінками головного каналу, щоб утворити дві кільцеві діафрагми, хвостову плиту, насаджену на стінки головного каналу, щоб обмежити витік газу у верхньому за течією напряму, та циліндричні стінки, забезпечені отворами для інжекції іонізуючого газу у головний канал Короткий опис креслень Надалі винахід пояснюється описом конкретних варіантів його втілення із зносками на супроводжувальні креслення, на яких фіг 1 зображує вигляд половини осьового зрізу першого конкретного варіанту втілення плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 2 зображує частково зрізаний загальний вигляд плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 3 зображує загальний вигляд центральної частини плазмового ракетного двигуна винаходу із вмонтованими тепловими трубами, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, фіг 4 зображує загальний вигляд та осьовий зріз анода, для розташування в плазмовому ракетному двигуні, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 5 зображує фрагментарний загальний вигляд та вигляд осьового напівзрізу другого анода спрощеної структури, придатного для розташуван 10 ня в плазмовому ракетному двигуні, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, фіг 6 зображує вертикальну проекцію напівзрізу кільцевої опори каналу для конкретного варіанту втілення плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 7 зображує в розібраному вигляді центральну частину плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 8 зображує розріз, який показує теплову трубу, пов'язану з першою внутрішньою котушкою плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, фіг 9 зображує загальний вигляд, який показує кріплення конструкції між ЗОВНІШНІМИ полюсними наконечниками магнітної системи плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 10 зображує фрагментарний схематичний вигляд, який показує конкретний варіант втілення плазмового ракетного двигуна, оснащеного похилими ЗОВНІШНІМИ котушками, в модифікації варіанту втілення винаходу, фіг 11 зображує фрагментарний вигляд осьового напівзрізу, який показує анод, що утворює ділянку основи прискорювального каналу в конкретному варіанті втілення плазмового ракетного двигуна, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 12 зображує вигляд осьового напівзрізу другого конкретного варіанту втілення плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 13 зображує вид осьового напівзрізу відомого плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, фіг 14 зображує вертикальну проекцію та вигляд осьового напівзрізу відомого плазмового ракетного двигуна із замкнутим дрейфом електронів (другий варіант втілення) Детальний опис кращих варіантів втілення На фіг 1 та 2 зображений перший варіант плазмового реактивного двигуна із замкнутим дрейфом електронів, ВІДПОВІДНО до винаходу Плазмовий ракетний двигун із замкнутим дрейфом електронів має головний кільцевий канал 124 (фиг 1, 2) для іонізації та прискорення, який обмежений ізолюючими стінками 122 Канал 124 відкритий на нижньому за течією КІНЦІ 125а, та в осьовій площині розрізу має форму зрізаного конуса у верхній за течією частині та циліндричну форму у нижній за течією частині Порожнистий катод 140 розташований поза головним каналом 124, і найкраще під кутом а до осі Х'Х ракетного двигуна, де а знаходиться в діапазоні 15°-45° В осьовій площині кільцевий анод 125 має конічний зріз у формі зрізаного конуса, який розкривається в напрямі вниз за течією Анод 125 може мати щілини, які збільшують площу його поверхні, яка знаходиться у контакті з плазмою У СТІНЦІ анода 125 зроблені отвори 120 для інжекції іонізуючого газу, який виходить із розподільного розгалуженого трубопроводу 127 іонізуючого газу У розгалужений трубопровід 127 іонізуючий газ надходить по трубі 126 Конкретні приклади виконання анода 125 описані нижче із зноскою на фіг 4 та 5 12 11 57770 Розряд між анодом 125 та катодом 140 керуміщених у ВІДПОВІДНОСТІ із радіальними розгалується за допомогою розподілу магнітного поля, яке женнями 352 КІЛЬКІСТЬ радіальних розгалужень визначається магнітною системою 352 та КІЛЬКІСТЬ радіальних розгалужень 136 дорівнює КІЛЬКОСТІ ЗОВНІШНІХ котушок 131, розміщених Магнітна система містить перший ЗОВНІШНІЙ на ЗОВНІШНІХ магнітних осердях 137 полюсний наконечник 134, який по суті є радіальним Цей ЗОВНІШНІЙ полюсний наконечник 134 моУ ВІДПОВІДНОСТІ до винаходу, котушки 133, 131 же бути плоским або трохи конічним, задаючи кут та 132 охолоджуються безпосередньо теплоперее-і, який знаходиться в діапазоні від +15° до -15° до дачею через основу 175 із теплопровідного матевипускної площини S (фіг 1) ріалу, причому згадана основа 175 також є механічною опорю для ракетного двигуна Основа 175 ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ наконечник 134 з'єднаний оснащена на бічних гранях емісійним покриттям за допомогою великої КІЛЬКОСТІ магнітних сердечдля поліпшення випромінювання теплових втрат у ників 137, оточених ЗОВНІШНІМИ котушками 138, із простір другим ЗОВНІШНІМ полюсним наконечником 311 конічної форми, яка яскравіше виражена, ніж трохи Основа 175 може бути виготовлена із легкого конічна форма першого зовнішнього полюсного сплаву та анодована на бічній грані, щоб збільшинаконечника 134 Кут Є2 напіврозхилу конуса зовти емісійну здатність нішнього полюсного наконечника 311 може знахоОснова 175 може також бути виготовлена із дитися в діапазоні від 25° до 60° Краще, коли ЗОВкомпозиційного матеріалу на основі вуглецю, поНІШНІЙ полюсний наконечник 311 розкривається, критого на нижній за течією грані осадженим попоєднуючись із проходами ЗОВНІШНІХ котушок 131 криттям із металу, наприклад, МІДІ, щоб максимітак, щоб знизити радіальний розмір і відстань між зувати емісійну здатність бічних граней і котушками, щоб поліпшити охолодження шляхом мінімізувати вбиральну здатність нижньої за течівипромінювання від кераміки, з якої виконані стінєю грані, яка піддається випромінюванню від кеки 122 каналу 124 раміки каналу По суті радіальний перший внутрішній полюсНаявність масивної основи 175, яка є одночаний наконечник 135 може бути плоским або трохи сно і опорою конструкції і засобом для охолодженконічним, утворюючи кут н, що знаходиться в діаня котушок 131, 133 та 132 шляхом теплопередачі, пазоні від -15° до +15° до випускної плоскості S дозволяє максимально пропорційно полегшити (фіг1) магнітну систему Перший внутрішній полюсний наконечник 135 На фіг 1 та 2 показано, що магнітна система продовжується центральним осьовим магнітним має чотири ЗОВНІШНІХ котушки 131 Однак, можна осердям 138, оточеним першою внутрішньою кобуло б забезпечити число ЗОВНІШНІХ котушок 131, тушкою 133 Осьове магнітне осердя 138 саме відмінне від чотирьох продовжується у верхній за течією частині ракетЗОВНІШНІ котушки 131 та зв'язані магнітні осерного двигуна шляхом великої КІЛЬКОСТІ радіальних дя 137 служать для того, щоб створити магнітне відгалужень 352, з'єднаних із другим внутрішнім поле, яке каналізується частково нижнім за течією полюсним наконечником 351, який є верхнім за та верхнім за течією ЗОВНІШНІМИ ПОЛЮСНИМИ накотечією та конічним, маючи кут напіврозхилу конуса нечниками 134 та 131 Остання частина магнітного 12, що знаходиться в діапазоні від 15° до 45° відполя забирається розгалуженнями 136, які згрупоносно осі Х'Х ракетного двигуна В описаному вавані навколо осьового магнітного осердя 138, яке ріанті втілення конус другого внутрішнього полюссаме забезпечується нижнім за течією внутрішнім ного наконечника 351 звернений вістрям вниз за полюсним наконечником 135, першою осьовою течією Скрізь у даному описі, термін "вниз за течікотушкою 133, верхнім за течією конічним другим єю" означає напрям до зони, близької до випускної полюсним наконечником 351 та другою котушкою площини S та до відкритого кінця каналу 125 а 132 каналу 124, в той час як термін "вверх за течією" Магнітний потік, який дає котушка 132, каналіозначає напрям до зони, віддаленої від випускної зується полюсним наконечником 351, осердям площини S, розташованої поруч із закритою час138, радіальними розгалуженнями 136 та полюстиною кільцевого каналу 124, яка оснащена аноним наконечником 311 таким чином, що котушка дом 125 та розгалуженим трубопроводом 127 іоні132 не потребує спеціального магнітного екранузуючого газу вання Друга внутрішня магнітна котушка 132 розміНа фіг 7 зображено, що котушка 133, полюсщена ззовні верхньої за течією частини другого ний наконечник 351 та котушка 132 об'єднані із внутрішнього полюсного наконечника 351 Магнітспільною опорою 332, щоб забезпечити збирання, не поле другої внутрішньої котушки 132 каналізуяке розглядається як єдиний блок, маючи на увазі ється радіальним розгалуженням 136, розміщеним як механічні так і термічні фактори, причому це у ВІДПОВІДНОСТІ із радіальними розгалуженнями моноблочне збирання енергетично охолоджується 352, а також ЗОВНІШНІМ ПОЛЮСНИМ наконечником через основу 175 311 та внутрішнім полюсним наконечником 351 Котушка 133, полюсний наконечник 351 та коПоміж радіальними розгалуженнями 352 та радітушка 132 можуть бути прикріплені до спільної альними розгалуженнями 136 залишена маленька опори 332 паянням або дифузним зварюванням щілина, наприклад, приблизно 1мм-4мм, щоб доОпора 332 може бути приєднана до основи 175 за повнити дію другої внутрішньої котушки 132 допомогою гвинта Між основою 175 та опорою 332 розміщений теплопровідний шар, щоб знизити Осьове магнітне осердя 138 з'єднане із ЗОВНІтепловий опір контакта поміж ними Висвердлений ШНІМИ магнітними осердями 137 за допомогою отвір всередині полюсного наконечника підганявеликої КІЛЬКОСТІ магнітних відгалужень 136, роз 14 13 57770 ється по осьовому магнітному осердю 138, щоб ренцшного розширення установити разом на осерді 138 дві внутрішні коДля плазмового ракетного двигуна великого тушки 133 та 132 та полюсний наконечник 351 діаметру може бути також краще реалізувати таВ традиційних плазмових ракетних двигунах, кий верхній за течією внутрішній полюсний накоконструкція 122 із керамічного матеріалу, яка винечник 351, конус якого звернений вістрям вверх значає межі кільцевого каналу 124, підтримується за течією краще, ніж вниз за течією Великий діавідносно зовнішнього полюсного наконечника меметр котушки 133 в и нижній за течією ДІЛЯНЦІ ДОталічної опори ЗВОЛЯЄ компенсувати той факт, що котушка у верхній за течією ДІЛЯНЦІ має розріз, який менший, ніж В даному винаході стінки 122 (фіг 1, 2, 6) із керозріз у формі трапеції з великою основою, що рамічного матеріалу, які визначають межі каналу може полегшити об'єднання кільцевих опор 162а 124, прикріплені до хвостової частини (тобто верхта 1626, пов'язаних із окремими кільцями 122а та ньому за течією КІНЦІ) ракетного двигуна шляхом 1226 металічної опори 162 так, щоб опора не стала перепоною для випромінювання з нижньої за течією Варто відзначити, що для плазмових ракетних ділянки стінки 122, яка, таким чином, може вільно двигунів, діаметр яких не дуже великий, виготоввипромінювати тепло в простір лення верхнього за течією внутрішнього полюсного наконечника 351 у вигляді конуса, вістря якого ВІДОМІ керамічні матеріали на основі нітриду направлено вниз за течією, дозволяє збільшити бору важко приварити до металу Ця проблема площу контакту поміж котушкою 133, що має траможе бути усунена, якщо буде використане мехапецієподібний розріз, та основою 175 (фіг1), при нічне кріплення цьому зберігаючи великий об'єм для нижньої за Наприклад, можна забезпечити різьбу напівтечією внутрішньої котушки 133 без необхідності круглого профілю як у стінках 122, виготовлених із впливати на положення торців 111 та 112 полюскерамічного матеріалу, так і в опорі 162 Тоді можних наконечників 351 та 135, які визначають те, як на вставити провід 163 поміж стінками 22 та опорозподіляється магнітне поле рою 162 так, щоб підтримувати їх разом Таке розташування дозволяє монтувати керамічні стінки Використання ЗОВНІШНІХ котушок 131 (КІЛЬКІСТЬ 122 на опорі 162, яка попередньо була встановлеяких може бути від трьох до восьми), насаджених на на елементах магнітної системи на магнітні осердя 137, розташовані поміж ЗОВНІШНІМИ полюсними наконечниками 134 та 131, доМеталічну опору 162 можна виконати за допозволяє виділитися більшій частині випромінюванмогою фланця 165 та пазів 164, що направляють ня, що надходить із зовнішньої стінки кільцевого штирі, які дозволяють компенсувати диференційне каналу 124 Конічна форма другого зовнішнього розширення поміж металом та керамікою, забезполюсного наконечника 311 дозволяє збільшити печуючи при цьому також гнучке кріплення об'єм, доступний для ЗОВНІШНІХ котушок 131, та В одному із варіантів, також можливо викорисзбільшити тілесний кут, в межах якого проходить товувати кріплення, в якому стінки 122 вгвинчувипромінювання Конічний ЗОВНІШНІЙ ПОЛЮСНИЙ ються в опору 162 з фіксуючим штирем опори при наконечник 311 також краще забезпечується отвоперевертанні, тобто при обертанні всередині цилірами для збільшення видимої ділянки керамічних ндричної опори 162, що має отвори для прохостінок 122, щоб отримати магнітну систему, яка є дження електричного проводу 142 для подачі надуже компактна і з великим відкритим простором, пруги зміщення анода, та труби 126, яка таким чином дозволяючи випромінюванню здійспризначена для подачі іонізуючого газу в розгалунюватися зі всіх бічних граней каналу 124 жений трубопровід 127 На фіг 11 зображений другий варіант виконанЯк уже відзначалось, основа 175 виконує по ня каналу 124 суті конструкційну функцію Ця масивна основа 175 має високу резонансну частоту Те ж саме Для ракетного двигуна, який має велику тягу, справедливе і для полюсних наконечників На тобто, який має великий діаметр, важко виготовижаль, якщо отвори зроблені у верхньому за течією ти моноблочну керамічну частину для визначення зовнішньому полюсному наконечнику 311, то ремеж кільцевого каналу 124 При таких обставинах зонансна частота стає відносно низькою Аналогістінки 122, які виготовляються із керамічного мачно суттєва плоска форма нижнього за течією теріалу, поділяють на два кільця 122а та 1226, які зовнішнього полюсного наконечника 134 також монтуються на різних опорах 162а та 1626 приводить до резонансної частоти, яка не дуже Відношення довжини кільцеподібних керамічвисока Щоб подолати цю проблему, поміж двома них кілець 122а та 1226 до ширини каналу 124 як полюсними наконечниками 311 та 134 встановлеправило знаходиться в діапазоні від 0,25 до 0,5 ний немагнітний з'єднуючий елемент 341 (фіг 9) по Інша частина від каналу 124 формується стінками суті конічної форми Щоб надати можливість здійанода 125 Електрична ІЗОЛЯЦІЯ ПОМІЖ анодом 125 снюватися випромінюванню, елемент 341 повинен та двома опорами 162 та 1626 забезпечується бути дуже відкритим, що, однак, не повинно погірвакуумом Відстань поміж стінками анода 125 та шувати резонансну частоту, по скільки елементи опорами 162а та 1626 складає невелику щілину в решітчастої форми, із яких він складається, прадіапазоні 0,8мм-5мм цюють по суті в стягнутому та стиснутому стані Анод 125 (фіг 11) підтримується ізоляторами, наприклад, ізоляторами 151, встановленими на У варіанті втілення, зображеному на фіг 10, масивній основі 175, яка утворює натуральний залежність між формою полюсних наконечників електростатичний екран для ізоляторів 151 Ізоля134 та 311 і об'ємом, доступним для ЗОВНІШНІХ котори 151 подовжуються гнучкими пластинами 115а тушок, поліпшуються шляхом нахилу осей котуу формі лопатей, які захищають їх від сил дифешок Таким чином, якщо ЗОВНІШНІ котушки 131 16 15 57770 утворюють кут р із віссю Х'Х ракетного двигуна, так із керамічного матеріалу що вісь зовнішньої котушки 131 по суті перпендиВ основі 175 (фіг 12) формується виїмка або кулярна бісектрисі кута и, складеного утворюючивифрезеровані ділянки 75, щоб розташувати другі ми ЛІНІЯМИ конусів двох полюсних наконечників радіальні розгалуження 136, електричний провід 134 та 131, то зовнішня котушка 131 може мати 145 для подачі напруги зміщення анода 125 та великий об'єм, а розмір основи 175 може бути провода 313, 323 та 333 для живлення ЗОВНІШНІХ зменшений Як зображено на фіг 10, на якому какотушок 131, а також першої та другої внутрішніх нал 124, котушки 133 та 132, а також полюсний котушок 133, 132 (фіг 7 та 12) В основі 175 може наконечник 351 були пропущені для простоти кребути сформована виїмка для труби 126, призначеслення, то зовсім можливо комбінувати викорисної для подачі іонізуючого газу, оснащенного ізотання похилих ЗОВНІШНІХ котушок 131 із ЗОВНІШНІМ лятором 300 (фіг 4) конічним полюсним наконечником 311, що має Краще, щоб ЗОВНІШНІ котушки 131, а також пеотвори рша та друга внутрішні котушки 133 та 132 були виготовлені із екранованого проводу із ІЗОЛЯЦІЄЮ ІЗ Основа 175 грає суттєву роль у охолодженні, неорганічного матеріалу Провода різних витків дякуючи теплопровідності загальної опори 322, котушок 131, 132 та 133 прикріпляються твердим котушок 133 і 132 та полюсного наконечника 351, металічним припоєм що має високу питому теплоякий краще забезпечується пазами (фіг 2) провідність Однак охолодження котушки 133, яка несе невелике теплове навантаження, може бути поліпЗОВНІШНІ котушки 131, а також перша та друга шено, використовуючи одну або більше теплових внутрішні котушки 133 та 132 послідовно з'єднані труб Так, на фіг 8 зображена теплова труба 433 поміж собою й електрично приєднані до катода встановлена у виїмці 381 осьового магнітного осе140 та до негативного полюса джерела електрордя 138, але не входить у контакт з ним Теплова енергії для розряду між анодом та катодом труба 433 може бути приварена або припаяна до У відомих варіантах втілення кільцева буфервнутрішньої поверхні внутрішньої опори 332 котуна камера (фіг 14) виготовляється такого розміру у шки 133 так, щоб опора 332 була ізометричною радіальному напрямі, який не менший розміру головного кільцевого каналу 24, і який проходить від На фіг 3 зображена котушка 133, охолоджена нього вверх за течією за межі зони, в якій розмівеликою КІЛЬКІСТЮ теплових труб 443а, 4436, які щений кільцевий анод 25 приєднані до верхньої за течією ділянки опори для котушки 133 і проходять через отвори, зроблені у У варіанті втілення винаходу, як зображено на верхньому за течією внутрішньому полюсному фіг1, більш компактне розміщення отримується наконечнику 351 шляхом використання головного кільцевого каналу 124, який в осьовій площині має розріз у формі Шари матеріалу з дуже добрими ізолюючими зрізаного конуса у верхній за течією частині та характеристиками, що утворюють екран 130, розциліндричної форми у нижній за течією частині За міщені вище за течією відносно кільцевого каналу таких обставин кільцевий анод 125 маг в осьовій 124, та шари матеріалу 301 з дуже добрими ізоплощині звужувальний розріз у формі зрізаного люючими характеристиками, що утворюють екран, конуса які вставлені між каналом 124 та першою внутрішньою котушкою 133 зображені також на фіг 1, 2 Було помічено, що ефект гальмівної камери Таким чином, екрани 130 та 301 із матеріалу з думоже бути отриманий у головному каналі 124 же добрими ІЗОЛЯЦІЙНИМИ характеристиками ліквішляхом локального збільшення ЩІЛЬНОСТІ газу, дують головну частину потоку, випромінюваного тобто, шляхом зменшення розрізу потоку газу у каналом 124 в напрямі до внутрішніх котушок 133, напрямі вверх за течією замість його збільшення 132 та до основи 175 Навпаки, стінки 122, що виНа фіг 4 зображений один із можливих варіанзначають межі каналу 124, можуть вільно випромітів втілення кільцевого анода 125 Ряд кругових нювати тепло в простір через тілесний кут поміж щілин 117, сформованих у МОНОЛІТНІЙ деталі 116 полюсними наконечниками 134 та 311 анода 125, дозволяє забезпечити захист проти забруднення Іонізуючий газ вводиться по жорсткій Вище за течією від аноду 125 розташований трубі 126 у розподільну камеру 127, яка пов'язана електростатичний екран 302, щоб гарантувати із круговими щілинами 117 через інжекційні отвори виконання закону Пашена (ІЗОЛЯЦІЯ вакуумом), 120 Ізолятор 300 вставлений між трубою 126 та допомагаючи також підтримці шарів 130 із матеріанодом 125, який під'єднаний шляхом електричноалу з дуже добрими характеристиками Крім того, го з'єднання 145 до позитивного полюса джерела на зовнішню грань зовнішньої опори 162 а може електроенергії для розряду між анодом і катодом бути нанесено емісійне покриття для поліпшення охолодження кераміки елементів 122а та 1226 Цей варіант також підходить до вирішення проблем її диференційного розширення поміж На фіг 12 зображений конкретний варіант втіанодом 125 та стінками 122 які виготовляються із лення плазмового ракетного двигуна, в якому кокерамічного матеріалу і які визначають межі кананус верхнього за течією другого внутрішнього полу 124 люсного наконечника 351 направлений вістрям вверх за течією Це місцезнаходження в деякій Для масивного анода, встановленого на трьох мірі адаптовано для ракетних двигунів великого круглих стовпах, можна знайти прийнятний компдіаметра, але може використовуватися так само з роміс між високою власною частотою вібрації, таприскорювальним каналом 124, який обмежується кою, яка отримується з короткими стовпами, та моноблочною стінкою 122 із керамічного матеріалу допустимими термомеханічними напругами, які або з прискорювальним каналом 124, який обмевимагають, щоб стовпи були довгими жується двома різними елементами 122а та 1226 Одне із можливих рішень зображено на фіг 4 18 17 57770 Анод 125 підтримується і суцільним стовпом 114 з вий анод 125 має розгалужений трубопровід 127, круглим зрізом, і двома стовпами 115, які були оснащений внутрішніми перегородками 271, і який потоншені, щоб утворити гнучкі пластини у формі включає нижню по течи плоску плиту 272, об'єдналопатей, таким чином досягаючи компромісу, який ну із стінками головного каналу 124, щоб утворити є задовільним з точки зору диференційного теплодві кільцеві діафрагми 273 Хвостова плита 274 вого розширення насаджується на стінки 122 головного каналу 124, щоб обмежити витік газу у верхньому за течією На фіг 5 зображений інший можливий варіант напрямі Циліндричні стінки з отворами 120 дозвовтілення анода 125, розташованого в тій частині ляють вводити іонізуючий газ у головний канал прискорювального каналу 124 яка у розрізі має 124 форму зрізаного конуса В цьому випадку кільце сх140 134 122 124 125а 122 1 2 135 1 136 132 162 361 130 351 3S2 ФІг. і 140 S -. 57770 19 433b 20 351 433a Фіг. З Фіг, 4 273 125 272 124 122 Фіг. 5 21 57770 22 Фіг. 6 3—332 136(352) ФІГ. 7 Фіг. 8 23 57770 311 Фіг. 9 134 134 122а 122 122b Фіг. І! 24 25 57770 134 122 124 125а 122 751 313 Ч 751 \ 17S 136 130 Фіг. 12 3 10— 17 26 135 132 133 27 57770 28 ФІг. 14 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 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