Ионный двигатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПА 7 ЕНУУ Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик 1) Лополннтельный 2) Заявлено 01.02.77 патенту 1) 2448755/40-25 1) Л 1, Кл, Р 03 Н 5/ 23) Приоритет 7,76 1) Р 2633 Г осударственныи комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 2 Дата опубликов 21.455 088.8) юллЕтЕнь31сания 250879 8. ия оп Иностранцырнер, Ханс Мюллер, Хорст Листмани Хельмут Васснер(72) Авторы изобретения Винфри Иностранная фирмаМессершмитт - Белков-Блом Гмб (ФРГ) витель 54) ИОНН ТЕЛЬ сны извлеическойок ионов с т проце анкев коионов и ис- высо- разря- ствен- газовая ра. сле- магводитконредь и овыоздаьного 16 то матери электрода полняется 2,5 10- д - у.т 1, г кочастотног частота в поля, гц; относител проницаем де а- ым ная тная ст Изобретение относится к обла тикосмйческого двигателестроения иможет быть использовано при разработке электроракетных (ионных) двигателей,Известны ионные двигатели,торим используются источникиразличного типа, в том числеточники ионов с индукционнымкочастотным (радиочастотным)дом 11 . Этим двигателям свойна низкая энергетическая илиэкономичность.Наиболее близким техническим решением к изобретению является ионный двигатель, содержащий высокочастотный источник ионов, включающидиэлектрическую камеру с торцовойперфорированной стенкой-анкербм и)(становленную на камере обмоткувозбуждения высокочастотного поля,а также ионооптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющимэлектродами с отверстиями 2.Известный двигатель работает нартути или инертных газах (неон иликсенон) . Ионизация осуществляетсяв ионизационной диэлектрической кмере, в объеме которой индукционнметодом создается высокочастотное электромагнитное поле, Икаются- с помощью ионооптсистемы, формирующей пучзаданной энергии.Существенную роль играюсы вблизи торцовой стенкиКак показали многочисленные идования неоднородность электрнитного поля вблизи анкера прк неоднородности распределеницентрации плазмы и, в свою очК снижению энергоэкономичностстабильности работы двигателяЦелью изобретения являетсяшение КПД двигателя путемния вблизи стенки-анкера продвысокочастотного поля.Достигается это тем, чал и толщина ускоряющеговыбираются такими, что выусловие55 60 65 коэффициент электропровод"ности материала ускоряющего электрода, мо-см;д - толщина ускоряющего электрода, см.,По зависимым признакам ускоряющийэлектрод выполнен из диэлектрика,а боковые стенки отверстий - проводящими, электрически соединеннымиодна с другой, Ускоряющий электродможет быть выполнен из графита, обмотка возбуждения установлена нарасстоянии от ускоряющего электрода,составляющем не менее 1/10 ее длины, а вокруг обмотки возбужденияустановлен проводящий экран.На фиг. 1 изображен двигатель,продольный разрез; на фиг. 2 схематично показано распределение силовых линий высокочастотного поля вкамере ионизации.Двигатель содержит высокочастотный источник ионов, включающий всебя диэлектрическую камеру 1 с торцовой перфорированной стенкой-анкером 2, и установленную на камере обмотку 3 возбуждения поля.На заднейторцовой стенке 4 камеры установленгазораспределитель 5 системы подачирабочего тела. Со стороны анкераустановлена ионооптическая система,образованная ускоряющим 6 и замедляющим 7 электродами, установленнымина камере 1 с помощью изоляторныхузлов крепления 8. В анкере и обоихэлектродах выполнено большое числосоосных отверстий 9, 10 11, соот-ветственно. На камере установлентакже проводящий экран 12, охватывающий обмотку 3. Показаны также силовые линии поля 13.Двигатель работает следующимобразом. Рабочее тело подается через гаэораспределитель 5 в камеруионизации 1 и заполняет ее объем.При подводе высокочастотной энергииот генератора к обмотке источника 3в камере зажигается безэлектродныйвысокочастотный разряд. Образующаяся газоразрядная плазма соприкасается со стенкой-анкером 2Ионы,попадающие в отверстия 9, извлекаются ионо-оптической системой, аэлектроны отражаются в объем камеры ионизации. В результате Формируется .ионный пучок состоящий измножества элементарных пучков, формируемых каждой элементарной ячейкой, образованной отверстиями 9,10, 11.в анкере 2 с ускоряющим 6и замедляющим 7 электродами. Длякомпенсации пространственного заряда ионов на выходе из двигателя впучок эмиттируются электроны изнейтрализатора (на чертеже не пока"зан) .Наличие проводящего ускоряющегоэлектрода 6 приводит к искажениюсиловых линий высокочастотного поля из-за экранирующега эффекта. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Эти искажения оказывают существенное влияние на скорость генерацииионов и на плотность йоиизации плаз ьы в области перед анкером на границе плазмы, Вследствие хорошей проводимости плазмы это приводит такжек неоднородностям электростатичес-кого ускоряющего поля перед анкером на границе плазмы. Искажения электростатического ускоряющего полявызывают снижение миделевой тяги двигателя и дефокусировку части элементарных пучков, что приводит к возрастанию доли ионов, перехватываемых ускоряющим электродом 6 и ограничению его ресурса. При выборе материала ускоряющего электрода и его толщины в соответствии с приведенной выше формулойобеспечивается глубина проникновения высокочастотного поля в этотэлектрод, сравниваемая или превышающая толщину электрода. За счет этого достигается получение практически продольного высокочастотного поля вблизи анкера.Эксперименты показали, что названное условие может быть выполнено,например, при использовании в качестве материала ускоряющего электрода толщиной 2 мм графита с удельнымсопротивлением 10 ом мм/м и выше.Влияние ускоряющего электрода наэлектромагнитное переменное полеможет быть уменьшено, если его изго"товить из изолятора, а в отверстиявставить втулки из проводящего материала, электрически соединенного,друг с другом,Собственно электродом в эФом случае являются лишь места с электрически проводящим материалом, которые безусловно необходимы для создания электростатического ускоряющегополя.Далее расстояние между электродом 6 и концом обмотки возбуждения3, расположенным со стороны катода,выбирают так, что искривление силовых линий переменного поля у границы плазмы незначительно. Это достигается когда расстояние между концомобмотки 3 и электродом 6 составляет,как минимум, 10 от длины обмотки возбуждения. Чем меньше воздействие электрода6 на ход силовых линий переменногополя 13 тем меньше может быть расстояние между ним и концом обмоткивозбуждения.Целесообразно для хода силовыхлиний электромагнитного переменного поля 13 также то, чтобы обмоткавозбуждения снаружи была окруженана некотором расстоянии экраном 12.Это мероприятие оказывается особенно выгодным, когда обмотка возбуждения является относительно короткой,Изобретение позволяет выровнять параметры плазмы по радиусу вблизи анкера и за. счет этого повысить энергетическую и газовую экономичность двигателя, а также его корпус,формула изобретения 25 1, Ионный двигатель, содержащий высокочастотный источник ионов, включающий в себя диэлектрическую камеру с торцовой перфорированной стенкой - анкером и установленную на 10 камере обмотку возбуждения высокочастотного поля, а также ионно-оптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющим электродами с отверстиями, о т л и ч а ю щ и й - 15 с я тем, что, с целью повышения КПД двигателя путем созданий вблизи стенки -анкера продольного высокочастотного поля, материал и толщина ускоряющего электрола выбираюфсятакими, что выпотлняется условие26 10Тй; мУгде й - частота высокочастотногополя гц,Ог - относительная магнитнаяпроницаемость)- коэффициент электропроводности материала ускоряющегоэлектрода, мо см с - толщина ускоряющего электрода, см.2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что ускоряющий электрод выполнен из диэлектрика, а боковые стенки отверстий - проводящими, электрически соединенными одна с другой3. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ускоряющий электрод выполнен иэ графита.4. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что обмотка возбуждения установлена на расстоянии от ускоряющего электрода, составляющем не менее 1/10 ее длины.5, Двигатель по и. 1 и 4, о т и и ч а ю щ и й с я тем, что установлен охватывающий обмотку возбуждения проводящий экран.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Айленберг С,Л Хюбнер А,Л. Технические и научные проблемы движения при помощи ионов в сб, Ионные плазменные и дуговые ракетные двигатели, Госатомиздат, 1961 с, Эб.2, Н,Ю.1 оеЪ "Веасепмоги оп таМо йгадиепсу акоп Югцвегв" фдоцтпа врасесгаЕ апй тос 1 в ч,8 9 5 с 494-500, 1971.,Гонча едак Зак илиал ППП Патент, г,ужгород, ул,Проектная,4 4949/56 Тираж ЦНИИПИ Государс по делам иэо,113035, Москва, Ж 75 Подписноевенного комитета СССРретений и открытий5, Раушская наб.,д.4/5