Електрически дъгов ракетен двигател
Употреба: в електрически дъгови ракетни двигатели на космически кораби. Същността на изобретението: двигателят съдържа анода, катода от първия етап на дъгата, катода от втория етап на дъгата, изолатори, двигателят има тангенциални отвори, които създават въртящ се поток на работната течност, движещ се по повърхността на катодът от първия етап, последният има формата на кух цилиндър и е разположен на една и съща ос с вторите катодни стъпала и общ анод. 1 кал.
Предложеното изобретение се отнася до електрически дъгови ракетни двигатели на космически кораби и може да се използва за коригиране и стабилизиране на орбиталните параметри на космическите кораби, прехвърляне на спътници от ниски (200-250 км) орбити към по-високи (600-1500 км) орбити, към геостационарна орбита, както и за контрол на спътници.
Поради факта, че двигателите с електрическа дъга са инсталирани на космически кораби, предназначени за дългосрочна (няколко години) експлоатация, е необходимо да се осигури дълъг експлоатационен живот на двигателите. Трябва също така да се отбележи, че се изисква висока надеждност на работата на двигателя, трябва да се осигури безпроблемно стартиране на двигателя при няколко хиляди цикъла (старт-стоп).
В момента разработени електрически дъгови двигатели с различни схеми.
В изобретението [1] е дадено описание на електрически дъгов ракетен двигател, чиито основни елементи са прътов катод и анод, който е дюза и корпус на двигателя. Работната секция на катода е разположена на малко разстояние от критичния участък на дюзата (анода).
Този двигател има значителни недостатъци. Известно е, че катодът е подложен на силно ерозивно действие в момента на запалване на дъговия разряд. Това се случва, защото катодът е студен преди запалването на дъгата и няма топлинно излъчване на електрони. Изстрелването се извършва при условия на полево излъчване при повишено напрежение. В зоната на задържане на дъгата на катода, по време на запалването на дъговия разряд, процесът е експлозивен, придружен от интензивна ерозия. С висок работен цикъл (няколко хиляди цикъла старт-стоп), експлоатационният живот е значително намален. Недостатъкът е, че катодът в този двигател може да работи при относително ниска сила на тока (практически при 10-20 А). Мощността на този двигател е ограничена (
2kW). Следователно такива еднодугови вериги се използват за двигатели с ниска тяга.
Изобретението [2] описва хибриден електромагнитен двигател с електрическа дъга, проектиран за малки двигателни системи на космически кораби.
В този двигател нагряването и ускоряването на работната течност се извършва на два етапа. Първият дъгов етап се състои от четири електрически нагревателни двигателя, разположени в кръг на среден радиус в основната камера. На първия етап работният флуид се нагрява на дъги и се ускорява поради разширяване в дюзите. След това частично йонизираната работна течност се превръща в плазма в дъгата между катода и анода на втория етап и получава значително ускорение под въздействието на електромагнитното поле. Това увеличава специфичния импулс. Този двигател може да работи при по-висока (обща) сила на тока и по-голяма мощност в сравнение с еднодуговия двигател.
Този двигател обаче има недостатъци. Въпросът тук е, че всеки от четирите мотора от първия етап е еднодугов и работи "за себе си" и следователно в момента на пускане студените катоди са изложени на силен ерозивен ефект, което значително намалява услугата живот както на катодите, така и на двигателя. Когато работната повърхност на всеки катоден прът е малка, катодите претърпяват ерозия в работен режим при условията на изтичане на студена работна среда. Трябва също да се отбележи сложността на дизайна в присъствието на пет дъгови зони, както и влошаването на характеристиките на теглото и размера. Той също така представлява определени трудности за постигане на едновременно запалване на четири дъги от първия етап. При експериментални проучвания на двигател с една дъга са наблюдавани случаи, когато са били необходими няколко пускови импулса с високо напрежение, за да се гарантира запалването на дъгата. Двигателите с множество дъги на първия етап изискват мощни стартери.