Двигунна установка

Реферат: Двигунна установка містить джерело електромагнітних полів у вигляді потужного імпульсного газового лазера високого тиску, газодинамічний замкнений тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, блок живлення, систему охолодження, систему електродів і електроди іскрового проміжку для предіонізації, оптичний квантовий підсилювач. У внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли. При цьому оптичні вузли мають можливість з'єднуватися своїми введеннями почергово за допомогою роздільників із джерелами лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем. Хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами. Крім цього система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах в форсажному блоці, виконаному у вигляді пустотілого конуса, встановленого на платформі тягового блока. При цьому в просторі газодинамічного тракту розміщені також камери для накачування газової суміші, які містять оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання. Всередині пустотілого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір. UA 83379 U (54) ДВИГУННА УСТАНОВКА UA 83379 U UA 83379 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електричних ракетних двигунів, які застосовуються як транспортний засіб, зокрема для приведення в рух апаратів в космосі, а також для здійснення промислових процесів, зокрема на транспортних засобах на землі і в атмосфері. Широко відомі різні типи електричних ракетних двигунів, у тому числі і плазмові (Гришин С.Д., Лесков Л.В., "Электрические ракетные двигатели космических аппаратов". - М.: "Машиностроение", 1989. С. 100-150). Відомий плазмовий двигун, який містить розширений магнітний полюсний наконечник, виконаний у вигляді усіченого конуса, відкритий з двох кінців і призначений для розміщення за площиною вихідного отвору плазмового двигуна, що містить іонізуючий і прискорюючий кільцевий канал, периферичний і центральний полюсні наконечники, розташовані по обидві сторони кільцевого каналу для утворення магнітного поля, тобто, радіально в площині перпендикулярній вісі кільцевого каналу. При цьому установка містить також додатковий периферійний магнітний ланцюг, що з'єднує задній кінець розширеного полюсного магнітного наконечника з периферійним полюсним наконечником, причому розширений полюсний магнітний наконечник взаємодіє з додатковим периферійним магнітним ланцюгом і центральним полюсним наконечником для формування магнітного поля за кільцевим каналом, щоб випромінюваний кільцевим каналом пучок іонів залишався всередині конічної зони, кут якої в попередньо визначеної вершини визначається кутом у вершині розширеного магнітного полюсного наконечника (Патент РФ № 2163309, F03H 1/00, 1999). Запропонована конструкція магнітного ланцюга двигунної установки для формування магнітного поля за кільцевим каналом з метою впливу на випромінюваний кільцевим каналом пучок іонів достатньо складна і не дозволяє ефективно управляти пучком іонів за межами цього каналу, окрім того система електродів даної установки має недостатній ресурс. Відомий також плазмовий двигун, який включає щонайменше один основний кільцевий канал іонізації та прискорення, оснащений анодом і засобами живлення іонізованим газом, магнітний ланцюг для створення магнітного поля в основному кільцевому каналі і порожнистий катод, під'єднаний до засобів живлення іонізованим газом, а також безліч основних кільцевих каналів іонізації та прискорення, що мають непаралельні осі, які сходяться з боку виходу електроприймача зазначених основних кільцевих каналів, при цьому магнітний ланцюг для створення магнітного поля містить один перший зовнішній полюсний башмак з боку електроприймача, спільний з усіма кільцевими каналами, один другий зовнішній полюсний башмак, спільний з усіма кільцевими каналами і розташований вище першого зовнішнього полюсного башмака, безліч внутрішніх полюсних башмаків в кількості рівній кількості основних кільцевих каналів і закріплених на перших сердечниках, розташованих навколо осей основних кільцевих каналів, безліч перших котушок, розташованих відповідно навколо безлічі перших сердечників, безліч других котушок, закріплених на других сердечниках, розташованих у вільному просторі між основними кільцевими каналами, причому другі сердечники других котушок з'єднані між собою з боку джерела живлення за допомогою феромагнітних стрижнів і з'єднані з першим зовнішнім полюсним башмаком з боку електроприймача, при цьому установка містить засоби для регулювання витрати живлення іонізованим газом кожного основного кільцевого каналу і контролю струму розряду і прискорення іонів в них (Патент України № 58559, F03H 1/00, 1998). Надійність даної двигунної установки невисока через складність її конструкції, яка не дозволяє ефективно здійснювати її роботу і, зокрема, ефективно контролювати керування вектором тяги, окрім того в цьому випадку швидкість руйнування електродів залишається високою. Задача цієї корисної моделі є удосконалення двигунної установки на транспортний засіб шляхом зміни складу її елементів і забезпечення їх спеціального зв'язку один з одним, внаслідок чого забезпечується підвищення надійності установки при одночасному забезпеченні можливості роботи установки для різних областей, в тому числі і можливості використання її і на транспортних засобах. Поставлена задача вирішується тим, що в двигунній установці на транспортний засіб, яка включає джерело електромагнітних полів високої напруги, згідно з корисною моделлю, джерело електромагнітних полів являє собою потужний імпульсний газовий лазер високого тиску, що включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якої розміщено блок живлення, система охолодження, система електродів і електроди іскрового проміжку для предіонізації, а вздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, які мають можливість з'єднуватися своїми введеннями поперемінно з допомогою роздільників із 1 UA 83379 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 джерелами лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами, окрім того система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах в форсажному блоці, виконаному у вигляді пустотілого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розміщені камери для накачування газової суміші, що містять оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині пустотілого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір. Відмінність пропонованого рішення від найбільш близького з аналогів полягає в тому, що джерело електромагнітних полів являє собою потужний імпульсний газовий лазер високого тиску, що включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якої розміщено блок живлення, система охолодження, система електродів і електроди іскрового проміжку для предіонізації, а вздовж газодинамічного тракту розміщений квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, що мають можливість з'єднуватися своїми введеннями почергово за допомогою роздільників із джерелами лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами, окрім того система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах в форсажному блоці, виконаному у вигляді пустотілого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розміщені камери для накачування газової суміші, що містять оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині пустотілого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір. Технічним результатом від застосування пропонованої установки в порівнянні з найбільш близьким з аналогів є збільшення її надійності при одночасному забезпеченні можливості роботи установки для різноманітних областей. Це обумовлено тим, що при роботі пропонованої двигунної установки відсутні продукти витікання, що дозволяє використовувати його не тільки на різноманітних типах космічних апаратів, але і на повітряних і наземних транспортних засобах. Окрім цього поперемінне включення і виключення контурів системою управління дозволяє ефективно управляти вектором тяги. Пропонована корисна модель пояснена кресленнями, де на Фіг. 1 зображено загальний вид двигунної установки, на Фіг. 2 зображений розріз двигунної установки (вигляд спереду), на Фіг. 3 зображено вид зверху двигунної установки, на Фіг. 4 зображений розріз двигунної установки (ізометрія), на Фіг. 5 зображена схема роботи "решітки". Двигунна установка містить джерело електромагнітних полів високої напруженості у вигляді імпульсного лазера високого тиску 1, до складу якого входить газодинамічний замкнутий тракт 2, поділений по довжині діелектричною перемичкою 3. У нижній частині тракту 2 розміщені блок живлення 4, система охолодження 5 і система електродів 6 з електродом іскрового проміжку для предіонізаціі 7. Вздовж замкнутого газодинамічного тракту 2 розташований оптичний квантовий підсилювач 8, а у внутрішньому просторі газодинамічного тракту 2 розташована "решітка" 9 у вигляді системи замкнутих контурів утворених перпендикулярними хвилеводами 10, на перетині яких знаходяться загальні для них оптичні вузли 11. Хвилеводи 10 "решітки" з'єднані своїми введеннями 12 за допомогою роздільників лазерного випромінювання 13 з оптичними блоками 14, до складу камери для газової суміші 15 з оптичними резонаторами 16, в розташована система електродів 6 для накачування робочої газової суміші, а виводами 17 з оптичним квантовим підсилювачем 8. Хвилеводи 18 укладені на багатоярусних майданчиках-балконах 19 в форсажному блоці 20, який виконаний у вигляді конуса, встановленого на платформі 21 форсажного блока і пов'язаного виводами хвилеводів 22 з оптичним квантовим підсилювачем 8. Оптичний резонатор 16 через вихідне вікно лазера 23, яке є джерелом лазерного випромінювання, пов'язаний з роздільниками лазерного випромінювання 13, а оптична муфта 24 з'єднується почергово за хвилеводами 10 "решітки" 9. Управління вектором тяги форсажного блока 20 здійснюється за допомогою сферичного шарніру 25, закріпленого на штанзі 26, встановленій на платформі 21 форсажного блока. Робота двигунної установки здійснюється наступним чином. Від автономного блока 4 живлення імпульсного газового лазера 1, розташованого в нижній частині газодинамічного тракту 2, подається напруга на електроди 7 іскрового проміжку для предіонізації, де формується електронний пучок для збудження активного об'єму газової суміші, яка надходить в камеру 15, далі отримання генерації здійснюється за допомогою системи електродів 6, розміщеної в оптичному резонаторі 16. Електронний пучок впливає на активну речовину, викликає індуковане 2 UA 83379 U 5 10 15 20 25 30 35 40 випромінювання, імпульси якого надходять на вихідні вікна лазеру 23 і далі через роздільники лазерного випромінювання 13 у систему вертикальних і горизонтальних хвилеводів 10 на вході 12. При русі імпульсів лазерного випромінювання по вертикальним і горизонтальним хвилеводам вони перетинаються в точках, які є для них спільними вузлами 11, доходячи до оптичних муфт 24 імпульси потужного лазерного випромінювання, проходячи через них, здійснюють поворот на 180° і переходять в паралельні хвилеводи на виході 17, досягаючи оптичного квантового підсилювача 8, після якого знову надходять у вертикальні і горизонтальні хвилеводи на площині. У сформованій системі замкнутих контурів на площині, утворених потужним лазерним випромінюванням в імпульсному режимі - "решітці" 9, імпульси випромінювання рухаються по периметру контурів за годинниковою стрілкою з кутовою швидкістю Ω зі знаком "плюс", а при русі проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю -Ω зі знаком "мінус". Крім цього імпульси потужного лазерного випромінювання надходять через вихідні вікна лазера 23 на роздільники лазерного випромінювання 13 і далі в хвилеводи 18, розташовані на внутрішніх майданчиках-балконах 19 в форсажному блоці 20, що має форму порожнистого конуса, встановленого на платформі 21 форсажного блока. На кожному майданчику-балконі 19 утворюється система з двох замкнутих контурів, які імпульси лазерного випромінювання обходять по периметру - один за годинниковою стрілкою, а інший проти годинникової стрілки, що дозволяє сформувати просторову систему контурів з потужним лазерним випромінюванням, яке, проходячи по всіх контурах, потрапляє на виході хвилеводів 22 в оптичний квантовий підсилювач 8, після якого знову надходить на вводи хвилеводів 18, розташовані на майданчиках-балконах 19 форсажного блока 20. Управління величиною сили тяги здійснюється за допомогою виключення з роботи ряду систем контурів за рахунок передачі імпульсу випромінювання на більш віддалені майданчики-балкони 19 додатковим хвилеводним з'єднанням, а передача імпульсу випромінювання на ближні балкони-майданчики - блокується. Управління вектором тяги здійснюють за допомогою сферичного шарніру 25, закріпленого на штанзі 26, встановленій на платформі 21 форсажного блока. Вектор тяги при включенні системи контурів спрямований перпендикулярно площинам, на яких розміщена система контурів, збігається з віссю конуса і направлений до його вершини. Віддаючи команди на включення в роботу сферичного шарніра 25 система управління дозволяє встановлювати вершину конуса в будь-якій заданій точці. При русі імпульсів випромінювання вздовж хвилеводів при обході по периметру пари контурів - проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю -Ω зі знаком "мінус" і за годинниковою стрілкою з кутовою швидкістю Ω зі знаком "плюс" як показано на Фіг. 5 (на схемі контуру з обходом проти годинникової стрілки позначені колом, за годинниковою стрілкою позначено заштрихованої окружністю), в стаціонарному гравітаційному полі, в рівномірно обертовій системі відліку при синхронізації годинника після повернення у вихідну точку, час буде відрізнятися від початкового, відбуватиметься "запізнення" в часі на вкрай незначну величину, що обумовлює виникнення сили тяги в напрямку протилежному вектору прискорення вільного падіння g. Таким чином пропонована двигунна установка в порівнянні з найбільш близьким з аналогів, більш надійна і має широку сферу застосування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 Двигунна установка, що містить джерело електромагнітних полів високої напруги, яка відрізняється тим, що джерело електромагнітних полів являє собою потужний імпульсний газовий лазер високого тиску, що включає газодинамічний замкнений тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якого розміщені блок живлення, система охолодження, система електродів і електроди іскрового проміжку для предіонізації, а вздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли, а також які мають можливість з'єднуватися своїми введеннями почергово за допомогою роздільників із джерелами лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами, крім того система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах в форсажному блоці, виконаному у вигляді пустотілого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розміщені також камери для накачування газової суміші, які містять оптичні резонатори, котрі зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині пустотілого 3 UA 83379 U конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір. 4 UA 83379 U 5 UA 83379 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6