RU2119594C1 - Способ получения реактивной тяги - Google Patents
Способ получения реактивной тяги Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119594C1 RU2119594C1 RU96117878A RU96117878A RU2119594C1 RU 2119594 C1 RU2119594 C1 RU 2119594C1 RU 96117878 A RU96117878 A RU 96117878A RU 96117878 A RU96117878 A RU 96117878A RU 2119594 C1 RU2119594 C1 RU 2119594C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- discharge
- impulse
- thrust
- working fluid
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электрореактивным двигателям, а более конкретно, к импульсным электрореактивным двигателям. Генерация плазмы осуществляется путем пробоя и поверхностного перекрытия рабочего тела в диэлектрическом канале высоковольтным импульсом энергии наносекудной длительности 10-9 - 10-6c. При этом используют конструкцию разрядного промежутка, обеспечивающую распространение разряда со стороны анода. Изобретение позволяет повысить КПД и удельный импульс тяги импульсных плазменных электрореактивных двигателей. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Заявляемое техническое решение относится к области электроракетных двигателей, а более конкретно к импульсным плазменным электроракетным двигателям.
В известных импульсных плазменных двигателях реактивную тягу получают разрядными токами 105 - 106 А с пиковой мощностью 102 - 104 Вт.
В 1957 году Л.А. Арцимовичем и др. был впервые исследован элеткродинамический импульсный ускоритель плазмы, образованный взрывом проволочки.
Экспериментальные исследования с замером импульса тяги проведены фирмой "Локхид" (Взрывающиеся проволочки, М. 1963, перевод с английского под редакцией А.А. Рухадзе, с. 331-339 [1]).
Наиболее широкое распространение из-за своей простоты нашли эрозионные плазменные ускорители. Коммутация разряда в них осуществляется с помощью поджигного устройства-игнайтера, который размещают обычно внутри катода (см. Гришин Г.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. - М. : Машиностроение, 1975, с. 198-200 [2]). После пробоя диэлектрика в парах продуктов его абляции непосредственно вблизи канала стриммера за время порядка долей микросекунды возникает разряд дугового типа. Тепловой поток разряда обеспечивает испарение диэлектрика в течение всего рабочего цикла.
Электротермический разгон (рис. 6.2 [2]) при закрытой геометрии с аксиальными электродами позволяет снизить значение цены тяги, но одновременно и удельного импульса. В качестве рабочего тела чаще всего используются фтороуглеродистые соединения в твердом или воскообразном состоянии. Процесс получения реактивной тяги в известных импульсных плазменных электроракетных двигателях имеет невысокий КПД, абляционная составляющая процесса высока, а следовательно, невысок удельный импульс.
Задачей создания предлагаемого технического решения является повышение КПД процесса получения реактивной тяги и повышение удельного импульса импульсных плазменных электроракетных двигателей. Решение поставленной задачи заключается в том, что в данном способе получения реактивной тяги, заключающемся в генерации плазмы путем пробоя и поверхностного перекрытия рабочего тела в канале диэлектрика импульсом электрической энергии высокого напряжения, пробой и поверхностное перекрытие осуществляются импульсом электрической энергии высокого напряжения наносекундной длительности 10-9 - 10-6 с. Кроме того, разрядный промежуток организуется таким образом, чтобы разряд распространялся от анода к катоду. На чертеже приведена принципиальная схема установки, на которой реализуется предлагаемый способ получения реактивной тяги. Установка состоит из наносекундного генератора импульсов высокого напряжения 1, анода 2, диэлектрика 3, который содержит канал для приема рабочего тела и катода 4. В катоде 4 выполнено окно 5, в которое происходит выброс плазмы. Для реализации процесса получения реактивной тяги с повышением КПД и уменьшением цены тяги по сравнению с существующим уровнем характеристик необходимы пробой и поверхностное перекрытие рабочего тела высоковольтным импульсом электрической энергии высокого напряжения разрядного промежутка, должно обеспечиваться распространение разряда с анода, например, за счет оптимизации геометрии разрядного промежутка, диэлектрических свойств рабочего тела и параметров импульса напряжения.
В этих условиях реализуется движение разряда через рабочее тело от анода к катоду, экспериментально регистрируемая скорость разряда может достигать величины 1000±200 км/с с плотностью тока в канале разряда не менее 107 А/см2.
В соответствии с законами гидродинамики при сверхзвуковом распространении фронта фазового перехода (ФФП) "конденсированный диэлектрик - плазма" в канале разряда возникают два участка плазмы с различными термодинамическими параметрами - высокотемпературная плазма за ФФП и низкотемпературная - в остальной части канала разряда. Этот процесс имеет аналогии с детонацией. Различие при этом состоит в том, что сверхзвуковое распространение ФФП в последнем случае обеспечивается за счет энергии, выделяющейся при экзотермической химической реакции, а в предлагаемом способе - за счет преобразования электрической энергии в энергию свободных электронов, образующихся при внутренней инжекции валентных электронов с высокой плотностью в плазму канала разряда. По этой причине предлагаемый способ может быть назван электронно-детонационным.
Кратковременность протекания процессов преобразования энергии источника в энергию движущейся плазмы приводит к снижению потерь энергии на рассеяние и нагрев элементов конструкции ЭРД, а следовательно, к повышению КПД преобразования энергии источника в энергию движущейся плазмы и полезный импульс силы - в импульс тяги, который может быть использован в ракетных двигателях.
При достижении каналом разряда границы рабочее тело - вакуум (или газ) начинается истечение плазмы из устья канала. Соответственно сначала со скоростью V1n = 100±20 км/с вытекает плазма массой m1, расположенная в головной части канала, а затем - остальная, низкоскоростная плазма с массой m2 и скоростью V2n = 6±2 км/с. Различие скоростей V1n, V2n приводит к пространственному разделению этих потоков плазмы, каждая из которых имеет избыточный положительный заряд. Вытекающая низкоскоростная плазма, имеющая потенциал анода, вызывает поверхностное перекрытие рабочего тела, сопровождающееся возникновением положительного поверхностного разряда с плотностью более 10-5 Кл/см2. В отличие от поверхностного разряда с катода положительный заряд на поверхности рабочего тела образуется не за счет эмиссии электронов (см. Г.А. Месяц. Эктоны, часть 1, Екатеринбург, "Наука", 1993 г., стр. 53-90), а за счет первичной инжекции валентных электронов рабочего тела в положительно заряженную плазму распространяющегося с анода поверхностного разряда.
После перекрытия анодным разрядом межэлектродного промежутка при избытке энергии, запасаемой в импульсном источнике, возникает дуговой разряд и соответственно абляционный процесс, формирующий дополнительный импульс тяги J3 -= m3V3n.
В результате указанные процессы формируют импульс тяги из четырех основных составляющих
где
эффективное значение электростатической силы отталкивания положительных зарядов; Δt - - время ее действия.
где
эффективное значение электростатической силы отталкивания положительных зарядов; Δt - - время ее действия.
В отличие от известных путей получения импульса тяги в импульсных плазменных двигателях в заявляемом способе абляционная составляющая импульса тяги (m3•V3n) в этом случае составляет небольшую часть суммарного импульса тяги.
Регулирование соотношений между составляющими импульса тяги производится путем изменения конструкции разрядного промежутка и параметров высоковольтного наносекундного импульса напряжения.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить импульс тяги с наибольшей эффективностью как за счет электро-газодинамических, так и электростатических процессов без применения систем дополнительного ускорения плазмы.
Claims (2)
1. Способ получения реактивной тяги, заключающийся в генерации плазмы путем пробоя и поверхностного перекрытия диэлектрика импульсом электрической энергии высокого напряжения, отличающийся тем, что используют диэлектрик, который содержит канал для приема рабочего тела, а пробой и поверхностное перекрытие рабочего тела производят импульсом электрической энергии высокого напряжения наносекундной длительности 10-9 - 10-6 с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют конструкцию разрядного промежутка, обеспечивающую распространение разряда со стороны анода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117878A RU2119594C1 (ru) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | Способ получения реактивной тяги |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117878A RU2119594C1 (ru) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | Способ получения реактивной тяги |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2119594C1 true RU2119594C1 (ru) | 1998-09-27 |
RU96117878A RU96117878A (ru) | 1998-12-10 |
Family
ID=20185215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96117878A RU2119594C1 (ru) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | Способ получения реактивной тяги |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2119594C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452142C1 (ru) * | 2010-12-02 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (Государственный технический университет)" | Способ работы импульсного плазменного ускорителя |
-
1996
- 1996-09-02 RU RU96117878A patent/RU2119594C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гришин С.Д. и др. Электрические ракетные двигатели, - М.: Машиностроение, 1975, с.198-200. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. - Л.: Машиностроение, 1985, с. 30,31, 190 и 191. Гришин С.Д. и др. Плазменные ускорители. - М.: Машиностроение, 1983, стр. 116-118, 166. Гришин С.Д. и др. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1989. С. 154-158. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452142C1 (ru) * | 2010-12-02 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (Государственный технический университет)" | Способ работы импульсного плазменного ускорителя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yonas | Fusion power with particle beams | |
Singleton et al. | Compact pulsed-power system for transient plasma ignition | |
CN102943751B (zh) | 一种快响应直接力产生装置 | |
US4172008A (en) | Nuclear fusion reactor | |
US4422013A (en) | MPD Intense beam pulser | |
Kaganovich et al. | Variable profile capillary discharge for improved phase matching in a laser wakefield accelerator | |
JP2007507060A (ja) | プラズマジェット・点火プラグ | |
Dunaevsky et al. | Electron/ion emission from the plasma formed on the surface of ferroelectrics. II. Studies of electron diode operation with a ferroelectric plasma cathode | |
RU2119594C1 (ru) | Способ получения реактивной тяги | |
RU2554512C1 (ru) | Способ получения тепловой и электрической энергии и устройство для его реализации | |
Bogomaz et al. | Influence of the cathode and anode jets on the properties of a high-current electric arc | |
RU2175155C2 (ru) | Способ генерации импульсов сверхвысокочастотного излучения в приборе с виртуальным катодом и виркатор для его реализации | |
RU2146776C1 (ru) | Импульсный плазменный реактивный двигатель торцевого типа на твердом рабочем теле | |
RU2468495C1 (ru) | Взрывной магнитокумулятивный генератор | |
CN113586283B (zh) | 超燃冲压发动机燃烧室一维可控点火装置 | |
Petr et al. | Erosion of spark gap electrodes | |
Abdullin et al. | Obtaining of High-Power Electron Beams in a Plasma Anode Source Powered by the Marx Generator with Matched Loads | |
RU2664892C1 (ru) | Абляционный импульсный плазменный двигатель | |
RU2113052C1 (ru) | Способ формирования импульса тормозного излучения сложной формы и устройство для его реализации | |
Abdullin et al. | Microsecond electron beam source with electron energy up to 400 keV and plasma anode | |
SU1215597A1 (ru) | Устройство дл исследовани веществ с использованием сильноточного рел тивистского электронного пучка | |
RU2211952C2 (ru) | Импульсный электрический реактивный двигатель | |
RU2387109C2 (ru) | Способ получения сильноточных диплоидных пучков электронов | |
SU671681A1 (ru) | Способ кумул ции плазмы и устройство дл его осуществлени | |
Singleton et al. | Applications of Power Modulator Technology to Ignition and Combustion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100903 |