Холлівський двигун малої потужності

1. Холлівський двигун малої потужності, що містить кільцеву розрядну камеру, утворену стін 3 Оскільки na na li = ~ & (1) (sinc )nc (s n ) m i c SкМn s де na, nc,ni - характерні значення швидкостей атомів, електронів та іонів; nc – концентрація електронів; si - переріз іонізації; M - маса атома робочої речовини; & m - витрата робочої речовини; Sк - площа перерізу розрядної камери, то: na Lc > & (2) (sinc ) m SкМn s Із співвідношення (2) витікає, що для зниження & витрати робочої речовини m при зберіганні високої ефективності іонізації необхідно зменшувати швидкість атомів робочої речовини, що рухаються в порожнині анода і на виході з нього з тепловими швидкостями, які визначаються робочою температурою його стінок [3]: 2kTa (3) M де Ta - температура аноду; k - постійна Больцмана. Отже для зниження na необхідно знижувати Ta, яка визначається тепловими потоками з плазми на внутрішню поверхню анода та випромінюванням з його зовнішньої поверхні. Теплове випромінювання ізотермічного тіла з поверхні Fв, може бути записане формулою Стефана-Больцмана: (3) Q = FвesT 4 , де e - коефіцієнт випромінювання (ступінь чорноти поверхні); s - константа, що дорівнює 5,7×10-8 Вт/(м2×К4). Звідси витікає, що для збільшення теплового потоку з поверхні анода необхідно збільшувати випромінюючу площу поверхні анода Fв та величину коефіцієнта випромінювання (ступеня чорноти поверхні) e. Проте площа Fв, в конструкції відомого двигуна обмежена глибиною і зовнішнім діаметром анода, а ступінь чорноти поверхні анода визначається матеріалом, з якого він виготовлений. В основу винаходу поставлена задача зниження потужності холовського двигуна при зберіганні високого ККД. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій конструкції двигуна, який містить кільцеву розрядну камеру, утворену стінками порожнистого анода і полюсними наконечниками, магнітну систему з, як мінімум, двома джерелами магніторушійної сили, магнітопроводом, зовнішнім і внутрішнім магнітними полюсами та катод-компенсатор, установлений за вихідним перерізом розрядної камери, згідно з винаходом, між порожнистим анодом і деталями магнітної системи розташований електричний екран, виготовлений із металевої сітки. Зовнішня поверхня анода з боку електричноna = 87966 4 го екрану має штучну шорсткість, а також покрита шаром нафтової сажі, при цьому всі внутрішні поверхні анода покриті полірованим нікелем. У запропонованій конструкції електричний екран перешкоджає виникненню "паразитних" розрядів між анодом і деталями магнітної системи, при цьому використання в якості екрану металевої сітки забезпечує ефективне скидання тепла випромінюванням з поверхні анода крізь сітку. Штучна шорсткість циліндричної зовнішньої поверхні анода, яка може бути створена шляхом нарізування різі трикутного профілю з кутом 60°, призведе до інтенсифікації тепловіддачі за рахунок збільшення фактичної площі випромінюючої поверхні Fв. Нанесення на зовнішню поверхню анода тонкошарового покриття з нафтової сажі при інших однакових умовах призведе до збільшення теплового потоку з поверхні анода. Покриття внутрішніх стінок анода полірованим нікелем призведе до зменшення теплових потоків із плазми на внутрішні стінки анода за рахунок їх відбиття від шару полірованого нікелю. Новизна полягає в тому, що для ефективного скидання тепла випромінюванням з поверхні анода, що потрібне для зниження потужності двигуна при зберіганні ККД, в конструкції двигуна використано електричний екран, виготовлений із металевої сітки. Додаткове зниження температури анода досягається за рахунок створення штучної шорсткості на його зовнішній поверхні з боку електричного екрану шляхом нарізування різі трикутного профілю, а також покриттям цієї поверхні шаром нафтової сажі, при цьому для зменшення теплових потоків із плазми розряду на внутрішні стінки анода останні покриті шаром нікелю. На кресленні наведено конструктивну схему холовського двигуна малої потужності. Холовський двигун малої потужності містить кільцеву розрядну камеру, утворену стінками порожнистого анода 1 і полюсними наконечниками 2, магнітну систему із джерелами магніторушійної сили 3, магнітопроводом із зовнішнім і внутрішнім магнітними полюсами 4, електричний екран 5 і катод-компенсатор 6, установлений за вихідним перерізом розрядної камери. Двигун працює таким чином. Робоче тіло, що подається в розрядну камеру, утворену стінками порожнистого анода 1 та полюсними наконечниками 2, поблизу анода, який відділений від деталей магнітної системи електричним екраном 5, іонізується електронами, що переміщаються під дією електричного поля від катода-компенсатора 6 до анода в магнітному полі. Магнітна система (3,4) спроектована таким чином, що в розрядній камері реалізується переважно радіальне магнітне поле. В процесі роботи відбувається зміщення електронів до анода за рахунок зіткнень з атомами робочого тіла, іонами та стінками, а також через плазмові коливання. Іони практично не замагнічені, рухаються переважно вздовж електричного поля і прискорюються в цьому полі. Потік, що витікає з двигуна, захоплює за собою необхідну кількість електронів і створює тягу. 5 87966 За рахунок штучно створеної шорсткості та зміни ступеня чорноти поверхні анода в процесі роботи двигуна відбувається більш ефективне охолодження анода, що дає можливість знизити витрату робочої речовини, а відповідно і потужність двигуна. Експериментальні дослідження показали, що використання даної конструкції дозволяє знизити потужність відомого двигуна на 10% при зберігання характерного для нього ККД. Джерела інформації 1. Белан Н.В., Ким В.П., Оранский А.И., Тихонов В.Б. Стационарные плазменные двигатели. Харьков: ХАИ, 1989. - 316 с. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 2. Афонин В.М., Ивашкин А.Б., Марахтанов М.К., Решетников H.H. Одноступенчатый плазменный ускоритель с азимутальным дрейфом электронов на инертных газах //Шестая Всесоюзная конференция "Плазменные ускорители и ионные инжекторы": Тезисы докладов. - Днепропетровск, 16-18 сентября 1986 г. -С. 3-4. 3. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. - М: Машиностроение, 1975. - 272 с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601