RU2641983C2 - Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body - Google Patents

Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body Download PDF

Info

Publication number
RU2641983C2
RU2641983C2 RU2016114938A RU2016114938A RU2641983C2 RU 2641983 C2 RU2641983 C2 RU 2641983C2 RU 2016114938 A RU2016114938 A RU 2016114938A RU 2016114938 A RU2016114938 A RU 2016114938A RU 2641983 C2 RU2641983 C2 RU 2641983C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iodine
engine
rocket engine
electric
electric rocket
Prior art date
Application number
RU2016114938A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016114938A (en
Inventor
Сергей Александрович Кропотин
Валерий Георгиевич Островский
Евгений Николаевич Туманин
Павел Александрович Щербина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2016114938A priority Critical patent/RU2641983C2/en
Publication of RU2016114938A publication Critical patent/RU2016114938A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641983C2 publication Critical patent/RU2641983C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00Using plasma to produce a reactive propulsive thrust

Landscapes

  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

FIELD: engine devices and pumps.
SUBSTANCE: stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body consisting of vacuum chamber, evacuation system, electric-rocket engine, system for braking jet of iodine plasma released from engine, system for storing and feeding iodine equipped with heaters and connected through valves with electric rocket engine, a device for condensing iodine provided with a cryoagent supply system, and further includes an iodine vapour line. A braking system mounted coaxially with electric rocket engine and provided with cooling circuit has a central body in the form of truncated cone and a receiving cone covering it, which larger diameter faces the outlet section of the electric rocket engine, and the smaller diameter is connected with the iodine vapour line, the end section of which is connected to the device for iodine condensation and configured with a sealed jacket which is hydraulically connected to the cryoagent supply system, a reservoir which internal cavity has an elastic bag for collecting iodine and made of cold-resistant material and adjacent to its inner wall. The method of testing an electric rocket engine operating on iodine working body is thet the jet of iodine that is released from the engine is braked in the braking system and deposited in the iodine condensation device.
EFFECT: invention allows to increase the economic efficiency of stand operation.
2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД), в частности к стендам для их испытаний на рабочем теле иод.The present invention relates to the field of electric rocket engines (ERE), in particular to stands for testing them on the working body of iodine.

В настоящее время, как в РФ, так и за рубежом в качестве рабочего тела ЭРД предлагается использовать иод («Электроракетная двигательная установка и способ ее эксплуатации», патент RU 2308610, МПК: F03H 1/00 (2006.01), опубл. 20.10.2007).At present, both in the Russian Federation and abroad, it is proposed to use iodine as the working medium for electric propulsion (“Electric propulsion system and method of operation”, patent RU 2308610, IPC: F03H 1/00 (2006.01), published on October 20, 2007 )

Учитывая близкие значения атомных масс используемого в ЭРД в настоящее время ксенона и иода (131,3 и 126,9 а. е. м. соответственно) и их потенциалов ионизации (12,1 и 10,44 эВ), можно ожидать достаточно схожие характеристики ЭРД, функционирующих на таких рабочих телах.Considering the close atomic masses of xenon and iodine currently used in electric propulsion (131.3 and 126.9 a.u.m. respectively) and their ionization potentials (12.1 and 10.44 eV), fairly similar characteristics can be expected ERE functioning on such working bodies.

Использование иода в качестве рабочего тела ЭРД значительно удешевляет электроракетную двигательную установку (ЭРДУ) как за счет снижения стоимости самого иода, так и из-за значительного уменьшения стоимости квалификации ЭРД на иоде. Кроме того, иод имеет значительно большую плотность, что приведет к снижению объема и массы системы хранения и подачи (СХП) и ЭРДУ.The use of iodine as a working body of an electric propulsion system significantly reduces the cost of an electric rocket propulsion system (electric propulsion system) due both to a decrease in the cost of iodine itself and to a significant decrease in the cost of qualifying an electric propulsion engine for iodine. In addition, iodine has a significantly higher density, which will lead to a decrease in the volume and mass of the storage and supply system (SHP) and the electric propulsion system.

Однако иод токсичен. Поэтому при экспериментальной отработке СХП иода требуется исключить конденсацию иода внутри вакуумной камеры из-за большой сложности ее очистки после испытаний.However, iodine is toxic. Therefore, during the experimental development of the SC of iodine, it is necessary to exclude the condensation of iodine inside the vacuum chamber because of the great difficulty in cleaning it after testing.

Аналогом изобретения является способ определения расхода системы хранения и подачи иода и его безопасной эвакуации из вакуумной камеры и устройство для его реализации (Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Космодром «Восточный» и перспективы развития российской космонавтики», 05-06 июня 2015 г. Благовещенск. Тезисы докладов. Самара: СГАУ, 2015 -210 с.«Создание системы хранения и подачи иода в ЭРД» В.Г. Островский, П.А. Щербина. Ракетно-космическая корпорация «Энергия», г. Королев).An analogue of the invention is a method for determining the flow rate of an iodine storage and supply system and its safe evacuation from a vacuum chamber and a device for its implementation (All-Russian Youth Scientific and Practical Conference "Vostochny Cosmodrome and Prospects for the Development of Russian Cosmonautics", June 05-06, 2015 Blagoveshchensk Abstracts: Samara: SSAU, 2015 -210 pp. “Creation of an iodine storage and supply system for electric propulsion” VG Ostrovsky, PA Shcherbin. Rocket and Space Corporation Energia, Korolev).

В нем СХП иода располагался снаружи вакуумной камеры. Расход иода измерялся с помощью капиллярной трубки с двумя датчиками давления ДД2 и ДД3, снабженной датчиком температуры T5. Работа расходомера основана на том, что при протекании несжимаемого ламинарного потока иода по горизонтально расположенной трубке длиной L и радиусом R расход иода G определяется перепадом давления (Р1 и Р2) в трубке: αG=P1 2-P2 2, где α=16L⋅ηkTγ/πR2M,In it, the SC of iodine was located outside the vacuum chamber. Iodine consumption was measured using a capillary tube with two pressure sensors DD2 and DD3, equipped with a temperature sensor T5. The flowmeter operation is based on the fact that when an incompressible laminar flow of iodine flows through a horizontal tube of length L and radius R, the flow rate of iodine G is determined by the pressure drop (P 1 and P 2 ) in the tube: αG = P 1 2 -P 2 2 , where α = 16L⋅ηkTγ / πR 2 M,

здесь η - вязкость; M - молекулярная масса; k - постоянная Больцмана; T - температура пара иода; γ - коэффициент, учитывающий несоответствие между теоретической и реальной геометрией трубки.here η is the viscosity; M is the molecular weight; k is the Boltzmann constant; T is the temperature of the iodine vapor; γ - coefficient taking into account the mismatch between the theoretical and real geometry of the tube.

На магистрали СХП и ее емкости, содержащей иод, были намотаны нагреватели. После этого магистрали и емкость с иодом были обмотаны 20 слоями теплоизолирующей ленты.Heaters were wound on the SHP line and its iodine-containing tank. After that, the trunk and the tank with iodine were wrapped with 20 layers of heat-insulating tape.

К недостаткам аналога способа относится то, что для определения расхода иода по указанным формулам необходимо определить коэффициент γ. Его можно рассчитать, если независимо измерить расход иода взвешиванием израсходованной массы m иода при работе системы на постоянном расходе в течение τ часов (G=m/3600 τ). При этом емкость с иодом после испытаний нужно демонтировать от СХП, размотать 20 слоев теплоизолирующей ленты, размонтировать нагреватели и только после этого, взвесив ее, рассчитать израсходованную массу m иода, которая составляет только несколько процентов от массы емкости, что отрицательно сказывается на точности и трудоемкости измерений расхода.The disadvantages of the analogue of the method include the fact that to determine the flow of iodine according to the above formulas, it is necessary to determine the coefficient γ. It can be calculated if the iodine consumption is independently measured by weighing the consumed mass m of iodine when the system is operating at a constant flow rate for τ hours (G = m / 3600 τ). In this case, after testing, the container with iodine needs to be removed from the SHP, unwound 20 layers of heat-insulating tape, dismantled the heaters, and only then, after weighing it, calculate the spent mass m of iodine, which is only a few percent of the tank mass, which negatively affects the accuracy and complexity flow measurements.

К недостаткам аналога устройства относится то, что для очистки конденсационного устройства от иода необходимо после каждого испытания СХП демонтировать его из вакуумной камеры для очистки от иода. Кроме того очистка от иода конденсационного устройства растворением иода этиловым спиртом - достаточно долгий и трудоемкий и небезопасный процесс.The disadvantages of the analogue of the device include the fact that to clean the condensing device from iodine, it is necessary after each test of SHP to dismantle it from the vacuum chamber to clean the iodine. In addition, purification of iodine from a condensation device by dissolving iodine with ethyl alcohol is a rather long and laborious and unsafe process.

За прототипы предлагаемых изобретений приняты «Стенд для испытания электроракетного двигателя на иоде и способ испытания на стенде электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде» (патент RU 2412373, МПК: F03H 1/00 (2006.01), опубл. 20.02.2011). Стенд для испытания электроракетного двигателя на иоде состоит из вакуумной камеры, системы вакуумирования, подвижного в продольном направлении кронштейна с установленным на нем электроракетным двигателем и системы торможения и конденсации истекающей из двигателя струи плазмы, включающей мишень и криопанель, снабженные системой подачи криоагента. Мишень и криопанель дополнительно снабжены нагревателями и герметично связаны друг с другом, причем криопанель со стороны, обращенной к двигателю, снабжена люком, имеющим дистанционный привод и открытым при работе двигателя, а при закрытии - образующий герметичный отсек, при этом люк имеет герметично прикрепленный к его внутренней поверхности эластичный мешок, соединенный с баллоном, содержащим инертный газ, например, аргон, причем герметичный отсек, образованный криопанелью, мишенью и люком, через разъемное соединение герметично связан с емкостью для утилизации иода, снабженной системой охлаждения и нагревателем.For the prototypes of the proposed inventions adopted "Stand for testing an electric rocket engine on iodine and a test method on a bench of an electric rocket engine running on a working iodine body" (patent RU 2412373, IPC: F03H 1/00 (2006.01), publ. 02.20.2011). The test bench for the iodine electric propulsion engine consists of a vacuum chamber, a vacuum system, a longitudinally movable bracket with an electric propulsion engine mounted on it, and a braking and condensation system for the plasma jet flowing out of the engine, including a target and a cryopanel equipped with a cryoagent supply system. The target and the cryopanel are additionally equipped with heaters and hermetically connected to each other, and the cryopanel, on the side facing the engine, is equipped with a hatch with a remote drive and open when the engine is running, and when closed, it forms a sealed compartment, while the hatch has a hermetically attached to it the inner surface of an elastic bag connected to a cylinder containing an inert gas, for example, argon, and a sealed compartment formed by a cryopanel, target and hatch, through a detachable connection hermetically connected with a container for recycling iodine provided with a cooling system and a heater.

Способ испытания на стенде электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле йоде, заключается в том, что истекающее рабочее тело затормаживают на мишени и осаждают на криопанели, при работе электроракетного двигателя криопанель и мишень охлаждают до температуры (минус 60…минус 70)°C, причем после выключения двигателя закрывают люк, увеличивают давление в вакуумной камере прекращением подачи криоагента в криопанель и мишень до (10-3…10-2) мм рт.ст., нагревают мишень и криопанель до температуры (100…110)°C, при этом емкость для утилизации иода охлаждают до температуры, не превышающей минус 50°C, подают инертный газ, нагретый до температуры (100…110)°C, в эластичный мешок, выдерживают паузу, прекращают откачку стенда вакуумной системой, открывают вакуумную камеру, отстыковывают разъемное соединение емкости для утилизации иода, с помощью ее подогрева повторно используют собранный иод.The test method at the stand of an electric rocket engine running on a working iodine is that the expiring working fluid is braked on a target and deposited on a cryopanel, while the electric rocket engine is operating, the cryopanel and target are cooled to a temperature of (minus 60 ... minus 70) ° C, and after the engine is turned off, the hatch is closed, the pressure in the vacuum chamber is increased by stopping the supply of the cryoagent to the cryopanel and the target to (10 -3 ... 10 -2 ) mm Hg, the target and the cryopanel are heated to a temperature of (100 ... 110) ° C, while disposal tank the ode is cooled to a temperature not exceeding minus 50 ° C, an inert gas heated to a temperature of (100 ... 110) ° C is fed into an elastic bag, paused, the stand is pumped out with a vacuum system, the vacuum chamber is opened, the detachable connection of the tank for utilization is undocked iodine, using its heating reuse the collected iodine.

Недостатком стенда и способа прототипа являются большая сложность создания такого стенда, т.к. его необходимо оснастить подвижным кронштейном с ЭРД, подвижным люком, при закрытии которого между криопанелью, мишенью и люком должен образоваться герметичный отсек и т.д., а также достаточно низкая производительность способа испытаний, вследствие того, что после работы двигателя охлажденные до минус 60°C криопанель и мишень нужно герметизировать с помощью люка и затем нагреть до температуры (100…110)°C, после чего еще надуть эластичный мешок, а емкость для утилизации иода охладить до температуры, не превышающей минус 50°C, на что потребуется значительное время. Кроме того, в способе очистки стенда прототипа от иода не происходит полная очистка стенда, так как эластичный мешок не полностью вытесняет иод из вакуумной камеры в емкость.The disadvantage of the stand and the prototype method are the great complexity of creating such a stand, because it must be equipped with a movable bracket with an electric propulsion unit, a movable hatch, when closed, an airtight compartment should form between the cryopanel, target and hatch, etc., as well as the rather low productivity of the test method, due to the fact that after operation of the engine it is cooled to minus 60 ° C the cryopanel and the target must be sealed with a hatch and then heated to a temperature of (100 ... 110) ° C, after which an elastic bag is inflated, and the iodine disposal tank is cooled to a temperature not exceeding minus 50 ° C, which will require nachitelnoe time. In addition, in the method of cleaning the prototype stand from iodine, the stand is not completely cleaned, since the elastic bag does not completely displace the iodine from the vacuum chamber into the container.

Задачей предлагаемого изобретения является создание стенда для испытания, работающего на иоде электроракетного двигателя и способа испытания этого ЭРД, позволяющих уменьшить трудоемкость и повысить безопасность и эффективность очистки конденсационного устройства от иода, а также возможность измерения расхода иода и его повторного использования.The objective of the invention is to create a test bench operating on the iodine of an electric rocket engine and a method for testing this electric propulsion, which can reduce the complexity and improve the safety and efficiency of cleaning the condensing device from iodine, as well as the ability to measure the flow of iodine and its reuse.

Техническим результатом изобретения является упрощение стенда, уменьшение трудоемкости и повышение безопасности и эффективности очистки конденсационного устройства от иода, повышение экономической эффективности, а также увеличение точности измерения расхода иода и возможность его повторного использования.The technical result of the invention is to simplify the stand, reduce the complexity and increase the safety and efficiency of cleaning the condensing device from iodine, increase economic efficiency, as well as increase the accuracy of measuring the flow of iodine and the possibility of its reuse.

Технический результат изобретения достигается тем, что в стенде для испытания электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоящем из вакуумной камеры, системы вакуумирования, электроракетного двигателя, системы торможения струи плазмы иода, истекающей из двигателя, системы хранения и подачи иода, снабженной нагревателями и соединенной через клапаны с электроракетным двигателем, устройства для конденсации иода, снабженного системой подачи криоагента, дополнительно включен паропровод иода, причем система торможения, установленная соосно с электроракетным двигателем и снабженная контуром охлаждения, содержит центральное тело в виде усеченного конуса и охватывающий его приемный конус, больший диаметр которого обращен к выходному сечению электроракетного двигателя, а меньший - связан с паропроводом иода, конечный участок которого соединен с устройством для конденсации иода, выполненного в виде снабженной герметичной рубашкой, гидравлически связанной с системой подачи криоагента, емкости, во внутренней полости которой размещен эластичный пакет для сбора иода, выполненный из хладостойкого материала и прилегающий к ее внутренней стенке.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the test bench for an electric rocket engine running on an iodine working fluid, consisting of a vacuum chamber, a vacuum system, an electric rocket engine, an iodine plasma jet braking system flowing out of the engine, an iodine storage and supply system equipped with heaters and connected through valves with an electric rocket engine, an iodine condensation device equipped with a cryoagent supply system, an iodine steam line is further included, and the braking system I, installed coaxially with the electric rocket engine and equipped with a cooling circuit, contains a central body in the form of a truncated cone and a receiving cone enveloping it, the larger diameter of which faces the output section of the electric rocket engine, and the smaller one is connected to the iodine steam line, the final section of which is connected to the device for condensation of iodine, made in the form of a sealed jacket hydraulically connected to the cryoagent supply system, a container in the inner cavity of which an elastic bag for I collect iodine made of cold-resistant material and adjacent to its inner wall.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе испытания на стенде электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоящем в том, что истекающую из двигателя струю плазмы иода затормаживают в системе торможения и осаждают в устройстве для конденсации иода, при работе электроракетного двигателя охлаждают емкость устройства для конденсации иода криоагентом до температуры Т, имеющей величину на (3…5) К ниже значения T=312 P0,045-2,25 1n P, где P - парциальное давление иода в мм рт. ст.на входе в устройство для конденсации иода, причем после выключения двигателя в вакуумную камеру напускают воздух, извлекают эластичный пакет для сбора иода, герметизируют и измеряют взвешиванием, а сконденсированный иод утилизируют или используют повторно, поместив его в емкость системы хранения и подачи иода.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the test method on the stand of an electric rocket engine running on a working iodine, consisting in the fact that the iodine plasma flowing from the engine is braked in the braking system and deposited in the device for condensation of iodine, when the electric rocket engine is running, it is cooled devices for condensation of iodine by a cryoagent to a temperature T having a value (3 ... 5) K below the value T = 312 P 0.045 -2.25 1n P, where P is the partial pressure of iodine in mm Hg. at the entrance to the device for condensation of iodine, and after turning off the engine, air is introduced into the vacuum chamber, an elastic bag for collecting iodine is removed, sealed and measured by weighing, and the condensed iodine is disposed of or reused by placing it in the capacity of the iodine storage and supply system.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлен стенд для испытания электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a stand for testing an electric rocket engine running on a working iodine body.

В вакуумной камере 1, снабженной системой вакуумирования 2, установлен электроракетный двигатель (ЭРД) 3 с катодом 4 и анодом 15.In the vacuum chamber 1 equipped with a vacuum system 2, an electric rocket engine (ERE) 3 with a cathode 4 and anode 15 is installed.

Система хранения и подачи (СХП) иода 5 расположена вне вакуумной камеры 1 и снабжена нагревателями (на фиг. 1 не показаны). В качестве нагревателей могут быть использованы проволочные спирали. Система хранения и подачи (СХП) иода 5 сообщена через клапаны (на фиг. 1 не обозначены) с анодом 15 ЭРД 3.The storage and supply system (CFS) of iodine 5 is located outside the vacuum chamber 1 and is equipped with heaters (not shown in Fig. 1). As heaters, wire spirals can be used. The storage and supply system (CFS) of iodine 5 is communicated through valves (not shown in FIG. 1) with an anode 15 of the electric propulsion system 3.

В вакуумной камере 1 расположена система торможения струи плазмы иода, установленная соосно с ЭРД 3 и включающая приемный конус 6, большим диаметром обращенный к электроракетному двигателю 3, а меньшим - связанный с паропроводом иода 7. Вдоль оси приемного конуса 6 расположено центральное тело 8 в виде усеченного конуса, направленное вершиной к выходу из ЭРД 3. Причем приемный конус 6 и центральное тело 8 снабжены контуром охлаждения 9, например, водяного.In the vacuum chamber 1, there is a system for braking the jet of iodine plasma, mounted coaxially with the electric propulsion 3 and including the receiving cone 6, with a larger diameter facing the electric propulsion engine 3, and the smaller one connected with the steam line of iodine 7. Along the axis of the receiving cone 6, the central body 8 is located in the form a truncated cone directed by the apex towards the exit of the electric propulsion 3. Moreover, the receiving cone 6 and the central body 8 are equipped with a cooling circuit 9, for example, water.

Устройство для конденсации иода 10 выполнено в виде снабженной герметичной рубашкой 11, гидравлически связанной с системой подачи криоагента 12 (например, жидкого азота), емкости, во внутренней полости которой размещен эластичный пакет для сбора иода 13 из хладостойкого материала, например, из полиэтилена, прилегающий к ее внутренней стенке. Конечный участок паропровода 7 соединен с устройством для конденсации иода 10.The device for condensing iodine 10 is made in the form of a sealed jacket 11, hydraulically connected to the cryoagent 12 supply system (for example, liquid nitrogen), a container in the inner cavity of which is placed an elastic bag for collecting iodine 13 from a cold-resistant material, for example, polyethylene, adjacent to her inner wall. The final section of the steam pipe 7 is connected to a device for condensing iodine 10.

Стенд для испытания электроракетного двигателя на рабочем теле иоде работает следующим образом.The test bench for the electric rocket engine on the working fluid iodine works as follows.

ЭРД 3 монтируют в вакуумной камере 1. При этом выходное сечение ЭРД 3 обращено к большему диаметру приемного конуса 6, причем меньший диаметр приемного конуса 6 охватывает входной участок паропровода иода 7, конечный участок которого с зазором вставлен в устройство для конденсации иода 10. С помощью системы вакуумирования 2 устанавливают необходимое давление (например, 10-4 мм рт. ст.) в вакуумной камере 1. В приемный конус 6 и центральное тело 8, снабженные контуром охлаждения 9, подают воду из системы подачи воды 14, а в рубашку 11 устройства для конденсации иода 10 из системы подачи криоагента 12, например, жидкого азота.The ERD 3 is mounted in the vacuum chamber 1. In this case, the outlet cross section of the ERD 3 is facing the larger diameter of the receiving cone 6, and the smaller diameter of the receiving cone 6 covers the inlet section of the iodine steam line 7, the final section of which is inserted into the device for condensing iodine 10 with a gap vacuum systems 2 set the necessary pressure (for example, 10 -4 mm Hg) in the vacuum chamber 1. Into the receiving cone 6 and the central body 8, equipped with a cooling circuit 9, water is supplied from the water supply system 14, and into the jacket 11 of the device for cond nsatsii iodine 10 of delivery system 12 cooling agent, e.g., liquid nitrogen.

Разогревают систему хранения и подачи иода 5 и анод 15 ЭРД 3 до температуры (85…100)°C. Подают иод в ЭРД 3, прикладывают напряжение между анодом 15 и катодом 4 и производят запуск ЭРД 3.The storage and supply system of iodine 5 and the anode 15 of the ERD 3 are heated to a temperature of (85 ... 100) ° C. Iodine is supplied in the electric propulsion 3, voltage is applied between the anode 15 and the cathode 4, and the electric propulsion 3 is started.

Истекающая из ЭРД 3 струя плазмы иода, сталкиваясь и многократно переотражаясь от приемного конуса 6 системы торможения струи плазмы иода и центрального тела 8, теряет скорость и частично деионизируется за счет диффузии на стенки и объемной рекомбинации. Выделяющееся при этом тепло снимается контуром охлаждения 9, в который подают воду из системы подачи воды 14.A jet of iodine plasma flowing out from the electric propulsion unit 3, colliding and repeatedly reflecting from the receiving cone 6 of the braking system of the iodine plasma jet and central body 8, loses speed and is partially deionized due to diffusion onto the walls and volume recombination. The heat generated in this case is removed by the cooling circuit 9, into which water is supplied from the water supply system 14.

Образовавшиеся при этом молекулы и атомы иода в виде пара протекают по паропроводу 7 (в котором происходит полная рекомбинация) в устройство для конденсации иода 10, по рубашке 11 которого протекает жидкий азот из системы подачи криоагента 12. Емкость устройства для конденсации иода 10 охлаждают до температуры T, имеющей величину на (3…5) К ниже значения T=312 P0,045-2,25 1n P, где P - парциальное давление иода в мм рт. ст.на входе в устройство для конденсации иода 10. Эта зависимость получена аппроксимацией известной табличной зависимости давления пара иода P от температуры T:The resulting iodine molecules and atoms in the form of steam flow through the steam line 7 (in which complete recombination takes place) into the device for condensing iodine 10, through the jacket 11 of which liquid nitrogen flows from the cryoagent supply system 12. The capacity of the device for condensing iodine 10 is cooled to a temperature T, having a value (3 ... 5) K below the value of T = 312 P 0.045 -2.25 1n P, where P is the partial pressure of iodine in mm RT. at the entrance to the device for condensation of iodine 10. This dependence is obtained by approximating the well-known tabular dependence of the vapor pressure of iodine P on temperature T:

Figure 00000001
Figure 00000001

(«Электроракетная двигательная установка на основе двигателей с замкнутым дрейфом электронов на иоде», В.Г. Островский и др., Ж. «Космическая техника и технологии», №2, 2013 г., с. 44).(“An electric rocket propulsion system based on engines with a closed electron drift on iodine,” VG Ostrovsky et al., J. “Space Engineering and Technology”, No. 2, 2013, p. 44).

Например, при парциальном давлении иода на входе в устройство для конденсации иода 10, равном 10-2 мм рт.ст., температура стенки емкости должна быть не выше (минус 14…минус 16)°C. При этих параметрах в расположенном в емкости устройства для конденсации иода 10 эластичном пакете 13 из хладостойкого материала, например, из полиэтилена, будет проходить конденсация иода.For example, at a partial pressure of iodine at the input to the device 10 for condensing iodine equal to 10 -2 Torr, the temperature of the vessel wall should be not higher than (-14 ... -16) ° C. With these parameters, in the elastic device 13 located in the container of the device for condensing iodine 10, an iodine condensation will take place from a cold-resistant material, for example, polyethylene.

Экспериментальные исследования системы хранения и подачи иода 5 показали, что при выполнении указанных выше условий происходит полная конденсация пара иода в эластичном пакете 13 устройства для конденсации иода 10. После выключения двигателя напускают воздух в вакуумную камеру 1, извлекают и герметизируют, например, завязав узлом верхнюю часть эластичного пакета 13, взвешивают, например, на весах лабораторных электронных, и с большой точностью определяют массу израсходованного иода (масса предварительно взвешенного пакета составляла около 1,5 г).Experimental studies of the iodine storage and supply system 5 showed that, when the above conditions are met, iodine vapor is completely condensed in the elastic bag 13 of the device for condensing iodine 10. After the engine is turned off, air is let into the vacuum chamber 1, removed and sealed, for example, knotting the upper part of the elastic bag 13, is weighed, for example, on a laboratory electronic balance, and the mass of consumed iodine is determined with high accuracy (the mass of the previously weighed packet was about about 1.5 g).

Конденсат иода из пакета утилизируют или повторно используют, поместив его в емкость системы хранения и подачи иода.The iodine condensate from the bag is disposed of or reused by placing it in the capacity of the iodine storage and supply system.

Важно отметить, что в предлагаемом изобретении, как правило, можно поддерживать более высокую температуру конденсации иода по сравнению с прототипом, в котором указаны рабочие температуры, соответствующие очень низким значениям парциальных давлений (порядка 10-6 мм рт. ст.). В прототипе это приводит к завышенным значениям расхода жидкого азота, т.е. к снижению экономической эффективности способа наземного испытания электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иод.It is important to note that in the present invention, as a rule, it is possible to maintain a higher iodine condensation temperature compared to the prototype, which indicates the operating temperatures corresponding to very low partial pressures (of the order of 10 -6 mm Hg). In the prototype, this leads to overestimated values of the flow rate of liquid nitrogen, i.e. to reduce the economic efficiency of the method of ground testing of an electric rocket engine running on a working iodine body.

Кроме того, в предложенном техническом решении значительно упрощается трудоемкость и эффективность очистки конденсационного устройства от иода, так как она сводится к извлечению и герметизации пакета из него.In addition, the proposed technical solution greatly simplifies the complexity and efficiency of cleaning the condensing device from iodine, as it comes down to removing and sealing the bag from it.

Таким образом, использование предложенного технического решения приведет к упрощению стенда, уменьшению трудоемкости, повышению безопасности и эффективности очистки конденсационного устройства от иода, повышению экономической эффективности, а также к увеличению точности измерения расхода иода и возможности повторного использования уловленного иода.Thus, the use of the proposed technical solution will simplify the stand, reduce the complexity, increase the safety and efficiency of cleaning the condensing device from iodine, increase economic efficiency, as well as increase the accuracy of measuring the flow of iodine and the possibility of reuse of trapped iodine.

Claims (2)

1. Стенд для испытания электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоящий из вакуумной камеры, системы вакуумирования, электроракетного двигателя, системы торможения струи плазмы иода, истекающей из двигателя, системы хранения и подачи иода, снабженной нагревателями и соединенной через клапаны с электроракетным двигателем, устройства для конденсации иода, снабженного системой подачи криоагента, отличающийся тем, что дополнительно включает паропровод иода, причем система торможения, установленная соосно с электроракетным двигателем и снабженная контуром охлаждения, содержит центральное тело в виде усеченного конуса и охватывающий его приемный конус, больший диаметр которого обращен к выходному сечению электроракетного двигателя, а меньший связан с паропроводом иода, конечный участок которого соединен с устройством для конденсации иода, выполненного в виде снабженной герметичной рубашкой, гидравлически связанной с системой подачи криоагента, емкости, во внутренней полости которой размещен эластичный пакет для сбора иода, выполненный из хладостойкого материала и прилегающий к ее внутренней стенке.1. The test bench for the electric engine running on the working body of iodine, consisting of a vacuum chamber, a vacuum system, an electric rocket engine, a braking system of the jet of iodine plasma flowing out of the engine, an iodine storage and supply system equipped with heaters and connected through valves to the electric engine A device for condensing iodine equipped with a cryoagent supply system, characterized in that it further includes an iodine steam line, wherein the braking system is mounted coaxially with the electro with a jet engine and equipped with a cooling circuit, it contains a central body in the form of a truncated cone and a receiving cone covering it, the larger diameter of which faces the output section of the electric rocket engine, and the smaller one is connected to the iodine steam line, the final section of which is connected to the iodine condensation device, made in the form equipped with a sealed jacket hydraulically connected to the cryoagent supply system, a container in the inner cavity of which is placed an elastic bag for collecting iodine made of cold resistant material and adjacent to its inner wall. 2. Способ испытания на стенде электроракетного двигателя, работающего на рабочем теле иоде, состоящий в том, что истекающую из двигателя струю плазмы иода затормаживают в системе торможения и осаждают в устройстве для конденсации иода, отличающийся тем, что при работе электроракетного двигателя охлаждают емкость устройства для конденсации иода криоагентом до температуры Т, имеющей величину на (3…5) К ниже значения Т=312 P0,045-2,25 ln Р, где Р - парциальное давление иода в мм рт.ст. на входе в устройство для конденсации иода, причем после выключения двигателя в вакуумную камеру напускают воздух, извлекают эластичный пакет для сбора иода, герметизируют и измеряют взвешиванием, а сконденсированный иод утилизируют или используют повторно, поместив его в емкость системы хранения и подачи иода.2. The test method on the stand of the electric rocket engine running on the working body of iodine, consisting in the fact that the iodine plasma flowing from the engine is braked in the braking system and deposited in the device for condensing iodine, characterized in that when the electric rocket engine is running, the device’s capacity is cooled for condensation of iodine by a cryoagent to a temperature T having a value (3 ... 5) K below the value T = 312 P 0.045 -2.25 ln P, where P is the partial pressure of iodine in mmHg at the entrance to the iodine condensation device, and after the engine is turned off, air is let into the vacuum chamber, an elastic bag for collecting iodine is removed, sealed and measured by weighing, and the condensed iodine is disposed of or reused by placing it in the capacity of the iodine storage and supply system.
RU2016114938A 2016-04-18 2016-04-18 Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body RU2641983C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114938A RU2641983C2 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114938A RU2641983C2 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016114938A RU2016114938A (en) 2017-10-23
RU2641983C2 true RU2641983C2 (en) 2018-01-23

Family

ID=60153624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114938A RU2641983C2 (en) 2016-04-18 2016-04-18 Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641983C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111140450B (en) * 2019-12-24 2022-10-25 兰州空间技术物理研究所 Iodine medium ground air supply device for Hall thruster and use method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2024785C1 (en) * 1992-05-06 1994-12-15 Опытное конструкторское бюро "Факел" Electric-jet propulsion plant
RU2308610C2 (en) * 2005-02-01 2007-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Electric rocket engine plant and method of its operation
WO2008100642A2 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Ad Astra Rocket Company Improved plasma source
RU2403440C1 (en) * 2009-02-13 2010-11-10 Открытое акционерное общество "АВИАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И КОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОАО "АВЭКС" Method for control of ionisation plasma flow during adjustment of thrust in low-thrust electrojet engine
RU2412373C2 (en) * 2008-09-18 2011-02-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Bench to test electrojet engine on iodine and method to test electrojet engine, operating on iodine as working substance, on bench
RU2442008C1 (en) * 2010-06-16 2012-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Impulse detonation rocket engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2024785C1 (en) * 1992-05-06 1994-12-15 Опытное конструкторское бюро "Факел" Electric-jet propulsion plant
RU2308610C2 (en) * 2005-02-01 2007-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Electric rocket engine plant and method of its operation
WO2008100642A2 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Ad Astra Rocket Company Improved plasma source
RU2412373C2 (en) * 2008-09-18 2011-02-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Bench to test electrojet engine on iodine and method to test electrojet engine, operating on iodine as working substance, on bench
RU2403440C1 (en) * 2009-02-13 2010-11-10 Открытое акционерное общество "АВИАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И КОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОАО "АВЭКС" Method for control of ionisation plasma flow during adjustment of thrust in low-thrust electrojet engine
RU2442008C1 (en) * 2010-06-16 2012-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Impulse detonation rocket engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016114938A (en) 2017-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Duan et al. Thermocapillary transport of energy during water evaporation
CN104047831B (en) Cryogenic pump and renovation process thereof
CN104897543A (en) Multi-phase permeameter and rock permeability determination method
RU2641983C2 (en) Stand for testing electric rocket engine operating on iodine working body and method for testing electric rocket engine operating on iodine working body
CN108196505A (en) A kind of room temperature gaseous working medium quantifies charging system and its methods for filling
CN103201581B (en) For the manufacture of the method and apparatus of heat pipe
CN105571978B (en) A kind of steam degree of supersaturation measurement method and device
CN201666827U (en) Quasi-adiabatic open-type argon triple point reproduction device
RU2412373C2 (en) Bench to test electrojet engine on iodine and method to test electrojet engine, operating on iodine as working substance, on bench
RU2542447C1 (en) Steam steriliser
JP2002220201A (en) Method of manufacturing hydrogen from steam by microwave discharge
CN207019285U (en) Hot water circulating device
JP2016176866A (en) Method and device for leakage inspection
CN103728105A (en) Quantitative leak detection device of pressure system
CN110987291B (en) Method for measuring and calculating relationship between vacuum degree of low-temperature gas cylinder and daily evaporation rate and adsorption capacity
Curioni et al. A regenerable filter for liquid argon purification
CN203629754U (en) A quantitative leakage detection apparatus for a pressure system
CN202040536U (en) High-precision filling system for trace filling of working media
CN107228486A (en) hot water circulating device
CN210376204U (en) Device for storing liquid helium and testing multilayer heat-insulating material under liquid helium temperature zone
CN207500806U (en) Shell and tube vapourizing unit
RU143328U1 (en) INSTALLATION FOR TESTING MATERIALS AT STRENGTH AT CRYOGENIC TEMPERATURES
Roach et al. Comparative study of accommodation coefficients of helium and neon on clean tungsten under transition, temperature jump, and free molecule conditions
CN216896749U (en) A hydrophobic means for steam divides gas pocket
RU2509257C2 (en) Thermocompression device