Стационарный плазменный двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 6777 А 9) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕИТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН кое бюро "Факелопэнчук и И.Б.Со(56) Арцимович Л.А. и дронарного плазменногопытание на ИСЗ Метеосотрудников ИАЭ им.Наука, 1982, с. 384-401,Гришин С.Д., Лесковракетные двигатели космМ,: Машиностроение, 198 ч)5 Е 03 Н 1/00, Н 05 Н 1/54(54) СТАЦИОНАРНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ(57) Использование: плазменная техника, злектроракетныедвигатели, применяемые в космических двигательных установках. Сущность изобретения: стационарный плазменный двигатель оснащен дополнительным катодом, подключенным в питающую цепь под потенциалом катода и р-змещенным в разрядной камере в зоне магнитного поля, не имеющей выпуклости магнитных силовых линий, Дополнительный катод может быть выполнен в виде одного или нескольких кольцевых секторов из туго1796777 3плавкого термоэмиссионного материала, установленных на обращенной к зоне разряда стороне наружной или внутренней стенки разрядной камеры. Дополнительный катод может быть выполнен в форме кольца. Двигатель содержит узел подвода рабочего тела (4), диэлектрическую разрядную камеру (3), магнитную систему с магнитопроводом(1) и внутренней и наружной магнитными катушками (2), (6), а также анод (5) и катод-компенсзтор (7), размещенные по разные сторонй магнитного зазора, и дополнительный катод(8). В пусковом режиме,. непосредственно после включения разряда между катодом-компенсатором (7) и анодом (5), происходит разогрев дополнительного катода (8) до температуры, обеспечивающей уровень термоэмиссии, при котором эмиссионный ток несколько превышает обратный электронный ток в разрядной камере (3). При этом зона ускорения пускового режима с выпуклыми линиями магнитной индукции (9) шунтируется дополнительным катодом (8) и смещается вглубь канала к зоне иоиизации,в область с малыми радиальными компонентами магнитной индукции и, соответственно,электрического поля, что в свою очередь обеспечивает высокую фокусировку ускоренных ионов и существенно снижает эрозию стенок разрядной камеры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. пиний магнитной индукции и низкая проеодискольких кольцевых секторов, установленных на обращенной к разряду поверхности масть в направлении нормалей к поверхиостям постоянной магнитной индукции. внутренней или наружной стенки изоляциУдельное сопротивление в нормальном из- онной камеры. Подключение дополнительного катода может осуществляться посредством проводников из тугоплавкого материала, проходящих через тело изолятопрзвлении в зоне межполюсного зазорапропорциональна величине магнитной индукции, В результате конфигурация электрического поля в зоне разряда довольно ра камеры или проложенных по поверхноточно повторяет конфигурацию поля маг- . сти изолятора со стороны выхода.нитной индукции. Недостатком известных На чертеже представлена схема вариан- аналогов и прототипа является наличие рз- Зб та исполнения предлагаемого двигателя,Магиитопровод 1; служащий для формирования магнитного поля в зоне разряда,диальных составляющих . напряженности электрического поля в эона выхода йз разрядиой камеры, что обусловлено выпукловыполнен из ферромагнитного сплава и состью магнитного поля вследствие рассеяния на границе магнитных полюсов,держит в своем составе два магнитных полюса (внутренний и наружный), задний 40 Изобретение относится к плазменной Наличие радиальных составляющих привотехнике и может найти применение в уско- дит к отклонению траекторий ускоряющихрителях, используемых, вчастностивкзчест- ся ионов от осевого направления и, аквеэлектроракетныхдвйгзтелейкосмических следствие, к повышенной эрозии стенокдвигательных установок, 5 разрядной камеры и существенным тягоИзвестны стационарийе плазменные . энергетическимпотерям,связаннымсрадидвигатели (СПД); содержащие в своем со- альным расхождением струи.ставе узлы подвода рабочего тела (РТ) и Цель изобретения - увеличение ресурса. электропитания, раэрядную камеру, маг- и повышение тяго-энергетических характеиитиую систему, включающую магнитные 10 ристик эз счет исключения или уменьшениякатушки и коаксиальный магнитопровод с радиальной составляющей напряженностиполюсамиимежполюсныммагнитным.зазо-. электрического поля на выходе иэ ускоряюром, а также систему. электродов анод и . щего канала и уменьшение на этой основе. катод-компенсатор)- размещенных по раз- эрозии стенок канала и затрат на радиальные стороны межполюсиого магнитного за иое ускорение струи,эора.. Указанная цель достигается оснащениДругим примером может служить конст-: ем известного СПД дополнительным электруктивная схема СОД, приведенная в (2 и родом - катодом, находящимся подпринятая в качестве прототипа, Одной из потенциалом катода-компенсатораираэмеспецифических особенностей двигателей 20 щенным внутри разрядной камеры в зоне,такого типа является анизотропность алек- где выпуклость магнитных силовых линийтрических свойств материальной среды в . достаточно слаба или полностью отсутствузоне межполюсиого зазора, а именно - : ет. Дополнительный электрод может бытьвысокая электронная проводимость вдоль выполнен в виде кольца или одного или нефланец, а также центральный и несколько периферийных стержней, соединяющих полюса с задним фланцем, Источник магнитодвижущей силы катушек состоит из центральной катушки 2 и нескольких периферийных 6, установленных, соответственно, на центральном и периферййных стержнях магнитопровода, Разрядная камера 3 с кольцевым уакорительным каналом, выполненная из диэлектрического материала, имеет коаксиальную форму и занимает внутреннюю зону магнитной системы и зону межполюсного зазора. Узел подвода ТР 4 совмещен с анодом 5, установленным на заднем торце разрядной камеры 3. Положение катода-компенсатора 7 может выбираться со значительной степенью произвола за пределами внешней границы заметного действия магнитного поля, в частности - в центральном стержне магнитопровода (центральное расположение катода-компенсатора). Штриховыми линиями 9 условно показаны магнитные силовые линии в межполюсном зазоре. Дополнительный катод 8 размещен на рабочей поверхности разрядной камеры в зоне, где магнитные силовые линии не имеют выпуклости.lДвигатель работает следующим образом,В начальном режиме, т,е, в некоторый период времени непосредственно после включения разряд зажигается и горит между катодом-компенсатором 7 и анодом 5, и конфигурация ускоряющего электрического поля в промежутке между фронтом ионизации и эквипотенциалью, проходящей через катод-компенсатор, повторяет конфигурацию магнитных силовых линий 9, т.е. имеет выраженную выпуклость на выходе из канала ускорения. Такая картина наблюдается, пока дополнительный катод 8 находится в холодном состоянии, По мере разогрева дополнительного катода 8, происходящего в результате бомбардировки ионами его поверхности, эмиссия электронов с него возрастает и происходит насыщение электронами слоя разряда; определяемого линиями магнитной индукции 9, проходящими через плоскость размещения дополнительного катода. Происходит перестроение электрического поля с перемещением катодного слоя в сторону дополнительного катода. При достижении определенного уровня эмиссии, т,е. достижении стационарного режима, катодный слой устанавливается на поверхности, определяемой линиями магнитной индукции, проходящими через дополнительный катод. При этом электрическое поле сосредотачивается между новым положением катодного слоя и фронтом ионизации, и разгон ионов происходит между этими двумяслоями, Оставшуюся зону действия магнитного поля струя ускоренных ионов преодоле 5 вает по инерции в условиях практическогоотсутствия электрического поля, Компенсация положительного заряда струи осуществляется в основном за пределами действиямагнитного поля аналогично тому, как это про 10 исходит в прототипе, Посколькуположениедополнительного катода выбираетсяцеленаправленно в зоне, не имеющей выраженной выпуклости магнитных силовых линий, напряженность электрического поля15 также не имеет радиальной составляющей,что способствует уменьшению радиальногораскрытия струи и уменьшению или исключению эрозии стенок канала.Таким образом, предложенный двига 20 тель, оснащенный дополнительным катодом, будет обладать повышенным ресурсоми тяго-энергетическими характеристиками. .Выполнение дополнительного катода в виденескольких кольцевых секторов позволит25 увеличить его ресурс за счет возможностипоочередного включения одного из секторов, т.е, имеет место возможность резервирования,ЗО. Формула изобретения3. Стационарный плазменный двигатель, содержащий диэлектрическую разрядную камеру с кольцевым ускорительным каналом, в котором установлен кольцевой 35 анод со стороны подачи рабочего тела, катод-компенсатор, размещенный за срезом ускорительного канала, магнитную систему с источником магнитодвижущей силы и магнитопроводом, образующим кольцевой 40 межполюсный зазор, соосный ускорительному каналу и расположенный в области его выходного сечения, узлы подвода рабочего тела и электропитания, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения тяго-энергети ческих характеристик двигателя и сниженияэрозионного износа стенок разрядной камеры за счет уменьшения радиального расхождения компенсированного ионного потока путем исключения радиальной со ставляющей напряженности электрического поля в зоне ускорения, двигатель снабжен дополнительным катодом, - электрически соединенным с основным катодомкомпенсатором и размещенным на стенке 55 разрядной камеры в зоне межполюсного зазора, в котороймагнитныесиловые поверхности имеют плоскую форму,2, Двигатель по и. 1, о т л и ч а щ и й с ятем, что дополнительный катод выполнен из тугоплавкогО термоэмиссионного материа. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ла в форме кольцевых секторов, установлен. Двигатель по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я ных в ускорительном канале на наружной тем, что дополнительный катод выполнен в или внутренней стенке разрядной камеры. форме кольца.