Патент на изобретение №2166666

(54) СИСТЕМА ПОДАЧИ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА К МАЛОМОЩНОМУ ЭЛЕКТРОДУГОВОМУ РЕАКТИВНОМУ ДВИГАТЕЛЮ И СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к ракетной технике. Представлена система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей более низкой мощности для передачи ракетного топлива к маломощному электродуговому реактивному двигателю. Маломощная система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей включает отсек хранения жидкого ракетного топлива для хранения жидкого ракетного топлива. Газовый генератор, сообщающийся с отсеком хранения жидкого ракетного топлива, производит газовое ракетное топливо при получении жидкого ракетного топлива из отсека хранения жидкого ракетного топлива. Накопитель газа, сообщающийся с газовым генератором, накапливает газовое ракетное топливо из газового генератора до нужного давления. Активно управляемые клапаны активно управляют потоком жидкого ракетного топлива, входящим в газовый генератор, и активно управляют потоком образующегося в результате газового ракетного топлива, выходящим из газового генератора и входящим в накопитель газа до достижения нужного давления. Изобретение позволяет обеспечить, по существу, непрерывный и устойчивый низкий расход газового ракетного топлива, которое потом передается к маломощному электродуговому реактивному двигателю. 2 c. и 11 з.п.ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится в основном к системам подачи с очень низким расходом ракетного топлива и, более определенно, к маломощной системе подачи ракетного топлива для поставки ракетного топлива к маломощным электродуговым реактивным двигателям.

Для того, чтобы вывести и поддерживать космический аппарат, такой как спутники, на геосинхронных и низких околоземных орбитах, используются разные типы ракетных двигателей, чтобы осуществлять сохранение местоположения, регулировку ориентации и маневры небольшого изменения скорости, которые иногда упоминаются как функции реактивной системы управления (RCS). Ракетные двигатели, применяемые для исполнения этих функций, включают обычные двигатели на химических реакциях, которые в основном потребляют большие количества ракетного топлива, или электродуговые реактивные ракетные двигатели высокой мощности, которые превосходят производительность двигателей на химических реакциях, потребляя при этом меньше ракетного топлива.

Электродуговые реактивные двигатели высокой мощности, применяемые в настоящее время, в основном работают по принципу разложения жидкого ракетного топлива для образования газового ракетного топлива. Газовое ракетное топливо впоследствии нагревается дуговым разрядом и расширяется по соплу ракетного двигателя, обеспечивая реактивную движущую силу. Эти электродуговые реактивные ракетные двигатели высокой мощности обычно действуют в диапазоне мощности от 1.0 до 25 кВт и используют жидкий гидразин (N₂H₄) в качестве ракетного топлива. Жидкий гидразин разлагается, и образующееся в результате газовое ракетное топливо, в основном состоящее из аммиака, водорода и азота, подается к электродуговому реактивному ракетному двигателю с высоким расходом около 30 г/с.

Эти электродуговые реактивные двигатели высокой мощности имеют более высокий удельный импульс (I_sp), чем обычный двигатель на химических реакциях, где удельный импульс определяется как реактивная движущая сила, развиваемая двигателем, на единицу весового расхода ракетного топлива. Однако, в следующем поколении электродуговых реактивных ракетных двигателей необходимы усовершенствования для уменьшения мощности при одновременном сохранении значения удельного импульса (I_sp), значительно более высокого, чем у ракетных двигателей с химической RCS (реактивной системой управления). При выполнении этого, срок службы космических аппаратов с меньшей мощностью и меньшими размерами увеличивается благодаря сохранению потребления ракетного топлива значительно более низкого, чем у химических ракетных двигателей. Более того, размер и вес космического аппарата могут быть также уменьшены, тем самым уменьшая его себестоимость. Чтобы достичь этих результатов, электродуговые реактивные двигатели следующего поколения должны быть маломощными электродуговыми реактивными двигателями с низким расходом жидкого топлива. Мощность, прикладываемая к электродуговому реактивному двигателю, главным образом будет в диапазоне от 400 до 800 Вт, и расход топлива главным образом будет в диапазоне от 3 до 50 мг/с.

Уменьшение габаритов известных систем подачи ракетного топлива, используемых в электродуговых реактивных двигателях высокой мощности, чтобы загружать маломощные электродуговые ракетные двигатели, на первый взгляд может показаться простым. Однако, после более близкого рассмотрения, выявляется несколько недостатков и непредвиденных сомнительных элементов. Точнее, применение известной системы загрузки электродуговых реактивных двигателей высокой мощности, в которой газовый генератор непосредственно присоединяется к маломощному электродуговому реактивному двигателю, порождает несколько проблем.

Во-первых, обычный газовый генератор слишком велик и дает расход топлива намного больше, чем требуется, чтобы приводить в действие маломощный электродуговой реактивный двигатель. Более того, размер газового генератора не может быть просто снижен потому, что полезный срок службы газового генератора тогда значительно уменьшается. Во-вторых, расход газового ракетного топлива непосредственно из газового генератора имеет тенденцию колебаться. Это колебание вызывает неустойчивое и изменяющееся давление, получающееся при флюктуации расхода топлива, что в конечном счете вызывает неуправляемые флюктуации в реактивной движущей силе на выходе электродугового реактивного двигателя. В-третьих, применение только газового генератора, непосредственно присоединенного к электродуговому реактивному двигателю, вызывает неустойчивость потока при низких расходах, в противоположность высокому расходу, используемому для электродуговых реактивных двигателей высокой мощности, что будет стремиться к “срыву” электродугового реактивного двигателя (или уничтожать образование дугового разряда) путем подавления электропроводности дугового разряда между электродами. В-четвертых, во время выброса в замкнутой системе очень трудно, если не невозможно, обеспечить устойчивый непрерывный расход газового топлива, поступающего к маломощному электродуговому реактивному двигателю непосредственно от газового генератора. В-пятых, газовые генераторы прямого потока с низким расходом очень чувствительны к любым газовым пузырькам в исходной жидкости, подаваемой в газовый генератор, что будет вызывать в дальнейшем неустойчивое поведение электродугового реактивного двигателя и сократит срок его службы. Наконец, при простом снижении расхода из газового генератора подающие трубы, так же как и сам генератор, имеют тенденцию к нагреву, что в конечном счете может быть причиной возгорания внутри системы подачи.

В связи с этим необходима маломощная система подачи топлива электродуговых реактивных двигателей, которая не страдает от вышеупомянутых недостатков. Она будет, в свою очередь, обеспечивать установившийся стабильный массовый расход топлива, поступающего к маломощному электродуговому реактивному двигателю независимо от исходного давления; обеспечивать оптимизированный расход топлива, поступающего к электродуговому реактивному двигателю при управляемом давлении независимо от газового генератора; предохранять, благодаря низким расходам топлива, систему подачи от нагрева или возгорания; обеспечивать управляемый расход так, чтобы реактивная движущая сила из электродугового реактивного двигателя могла динамически управляться требуемым образом и дуговой разряд мог устойчиво поддерживаться по всей установившейся проводящей среде (т.е. по всему газовому топливу). Следовательно, задача настоящего изобретения – обеспечить такого рода устройство подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей.

В соответствии с доктриной представленного изобретения раскрывается маломощная система подачи ракетного топлива электродугового реактивного двигателя для передачи ракетного топлива к электродуговому реактивному двигателю. Маломощная система подачи ракетного топлива электродугового реактивного двигателя обеспечивает существенно непрерывный и устойчивый низкий расход газового ракетного топлива, поступающего к маломощному электродуговому ракетному двигателю. Этот по существу непрерывный и устойчивый низкий расход делает возможными прецизионное управление реактивной движущей силой и устойчивую работу электродугового реактивного двигателя. Более того, по существу непрерывный и устойчивый низкий расход может управляемо настраиваться так, чтобы реактивная движущая сила из маломощного электродугового реактивного двигателя могла динамически варьироваться в широком диапазоне, как это и требуется.

В одном варианте предпочтительного воплощения отсек хранения жидкого ракетного топлива хранит запас жидкого ракетного топлива. Газовый генератор, сообщающийся с отсеком хранения жидкого ракетного топлива, производит газовое ракетное топливо после получения жидкого ракетного топлива из отсека хранения. Накопитель газа, сообщающийся с газовым генератором, накапливает газовое ракетное топливо из газового генератора до достижения нужного давления. Управляемые клапаны активно управляют потоком жидкого ракетного топлива, входящим в газовый генератор, и активно управляют потоком образующегося газового ракетного топлива, выходящим из газового генератора, входящего в накопитель газа до достижения необходимого давления. Это позволяет поставлять газовое ракетное топливо к маломощному электродуговому реактивному двигателю по существу с непрерывным и устойчивым низким расходом.

Применение представленного изобретения обеспечивает маломощную систему подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей для передачи ракетного топлива к маломощному электродуговому реактивному двигателю. В результате вышеупомянутые недостатки, связанные с использованием доступных в настоящее время систем подачи ракетного топлива, были в основном устранены.

В дальнейшем представленное изобретение поясняется описанием конкретного варианта его воплощения со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором изображена полная блок-схема одного из вариантов предпочтительного воплощения представленного изобретения.

Следующее описание предпочтительного воплощения, касающееся маломощной системы подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей, является просто иллюстративным по природе и никоим образом не направлено на то, чтобы ограничить изобретение, его описание или использование. Более того, хотя предпочтенный вариант воплощения обсуждается далее в отношении спутника, специалисту должно быть ясно, что маломощная система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей может быть внедрена в другие типы космических аппаратов.

На чертеже изображена маломощная система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей 10 в своем окружении. Маломощная система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей 10 может быть внедрена в различные типы космических аппаратов, таких, как спутники, чтобы многократно загружать маломощные электродуговые реактивные ракетные двигатели 12 на борту спутника 14. Спутник 14 сначала выводится на низкую околоземную орбиту или спутниковую орбиту с помощью ракетоносителя (не показано). Один раз выведенные на орбиту маломощные электродуговые реактивные ракетные двигатели 12 на борту спутника 14 используются, чтобы задавать положение и поддерживать спутник 14 на любой нужной орбите, используя доступную энергию на борту спутника 14.

Маломощная система подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей 10 включает нерегулируемый находящийся под давлением топливный бак 16, используемый, чтобы предпочтительно запасать приблизительно от нескольких десятков фунтов до сотен фунтов (от нескольких десятков кг до сотен кг, 1 фунт=0,454 кг) жидкого ракетного топлива из гидразина (N₂H₄). Это жидкое ракетное топливо из гидразина первоначально хранится под давлением приблизительно 2,76 МПа (400 фунт/кв.дюйм – фунтов на квадратный дюйм) в топливном баке 16 предпочтительно с помощью азотного (GN₂) или гелиевого (Не) газа. Специалисту должно быть ясно, что в системе подачи 10 могут использоваться и другие типы жидкого ракетного топлива и газа. Давление в топливном баке 16 контролируется (отслеживается) модулем управления 18, коротко описанном далее более подробно, посредством датчика давления 20.

При открывании пары активно управляемых клапанов 22 и 24 давление в топливном баке 16 заставляет жидкий гидразин вытекать из топливного бака 16 через фильтр 26. Фильтр 26 отфильтровывает любые примеси и загрязнения в жидком гидразине с помощью совершенного 10-микронного фильтра 26. Пара клапанов 22 и 24 последовательно и одновременно открываются и закрываются драйвером клапана 28, питающимся от источника электропитания 30 и управляемым процессором электропитания 18. С применением этих двух клапанов 22 и 24 последовательно, повышенная мера безопасности обеспечивается тем, что, если один клапан сбивается, то процессор электропитания 18 еще способен перекрывать поток жидкого гидразина с помощью другого действующего клапана. Присоединенная к клапану 24 термопара 32 используется для того, чтобы измерять температуру жидкого гидразина, протекающего через клапан 24, для гарантии того, что максимально допустимая температура клапанов 22 и 24 не превышается.

Как только жидкое ракетное топливо проходит через активно управляемые клапаны 22 и 24, оно попадает в ограничитель потока 34, имеющий термопару 36. Ограничитель потока 34 представляет собой устройство фиксированного расхода топлива, которое обеспечивает фиксированный расход топлива при заданном давлении. Таким образом, зная давление в топливном баке 16 посредством датчика давления 20, расход топлива, поступающего в газовый генератор 38, также известен. Управляемый поток жидкого гидразина потом распределяется по слою катализатора внутри газового генератора 38, который предпочтительно является слоем катализатора марки “Shell-405”. Это заставляет жидкий гидразин разлагаться в экзотермической реакции для образования газового ракетного топлива, состоящего из аммиака, водорода и азота. Газовое ракетное топливо затем фильтруется совершенным 10-микронным фильтром 40, чтобы удалить любые примеси, которые могут проникнуть из слоя катализатора во время экзотермической реакции.

Профильтрованное газовое ракетное топливо направляется по трубчатым линиям подачи 42, имеющим внутренний диаметр приблизительно 0.64 см (0.25 дюймов), к трем (3) активно управляемым клапанам 44, 46 и 48. Каждый клапан 44, 46 и 48 использует драйвер клапана и электропитание (не показано), подобно драйверу клапана 28 и электропитанию 30, и управляется процессором электропитания 18, который, в свою очередь, управляется управляющим компьютером 50. Процессор электропитания 18 подобен другим процессорам электропитания, используемым в настоящее время в известных спутниках, и собран, используя коммерчески доступные компоненты из множества компонентов, известных специалистам.

Процессор электропитания 18 подает напряжение дугового разряда электродуговому реактивному двигателю 12 приблизительно между 90 В и 200 В, что сопоставимо с диапазоном мощности приблизительно между 400 Вт и 4 кВт. Далее процессор электропитания 18 выполняет полное управление и функции телеметрии/состояния для электродугового реактивного двигателя 12 посредством управляющего компьютера 50. Процессор электропитания 18 также обеспечивает управление электродугового реактивного двигателя 12 в реальном времени на основе внешних команд из наземного базового спутникового контроллера (не показан), также, как данных, полученных из различных датчиков давления и температуры, размещенных внутри маломощной системы подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей 10. Трансформатор постоянного тока (не показан) внутри процессора электропитания 18 увеличивает внутреннее напряжение приблизительно от 28 В до уровня напряжения, требуемого для электропитания системы 14.

Процессор электропитания 18 управляется управляющим компьютером 50, который предпочтительно использует единый микроконтроллер процессора цифровых сигналов (DSP). Управляющий компьютер 50 обеспечивает управление электродугового реактивного ракетного двигателя 12 в реальном времени, также, как и управление в реальном времени различных активно управляемых клапанов по всей маломощной системе подачи ракетного топлива электродуговых реактивных двигателей 10, основанной на различных замкнутых контурах обратной связи, установленных внутри системы 10.

При открывании клапана 44, накопитель низкого давления 52 управляемо нагнетается газовым ракетным топливом до достижения нужного давления в диапазоне приблизительно от 0,24 до 1,73 МПа (от 35 до 250 фунт/кв.дюйм) и предпочтительно приблизительно до 0,34 МПа (50 фунтов/кв.дюйм). Накопитель низкого давления 52 по существу накапливает газовое ракетное топливо и поддерживает газовое ракетное топливо при нужном давлении, пока оно впоследствии не поступит по требованию в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12. Накопитель низкого давления 52 управляемо нагнетается импульсами газового генератора 38 посредством активно управляемых клапанов 22 и 24, в комбинации с активно управляемым клапаном 44, что позволяет накопителю низкого давления управляемо приращивать давление до достижения требуемого давления. Датчик давления 54 непрерывно контролирует давление накопителя низкого давления 52, и термопара 56 контролирует температуру накопителя низкого давления 52, которая обычно лежит в диапазоне приблизительно между 283-422К (10-149^oC, 50-300^oF). Датчик давления 54 и термопара 56, по существу, образуют замкнутый контур обратной связи, чтобы активно управлять в реальном времени давлением в накопителе низкого давления 52.

Накопитель низкого давления 52 может управляться путем непрерывного контроля давления и температуры накопителя низкого давления 52 с помощью замкнутого контура обратной связи в реальном времени, чтобы поддерживать нужное давление приблизительно около 0,34 МПа 0,014 МПа (502 фунтов/кв.дюйм) или любое другое нужное давление. Например, если накопитель низкого давления 52 открыт посредством клапана 58, давление в накопителе низкого давления 52 упадет только приблизительно до 0,33 МПа (47,9 фунтов/кв.дюйм). Так как накопитель низкого давления 52 непрерывно контролируется датчиком давления 54, то при достижении 0,33 МПа (47,9 фунтов/кв.дюйм) откроется активно управляемый клапан 44, а также дополнительный жидкий гидразин при известном расходе импульсом поступит в газовый генератор 38 посредством активно управляемых клапанов 22 и 24, так что накопитель низкого давления 52 снова начнет нагнетаться до достижения давления 0,36 МПа (52 фунтов/кв. дюйм). Другими словами, накопитель низкого давления 52 является активно управляемым для того, чтобы поддерживать газовое ракетное топливо при нужном давлении, пока накопитель низкого давления 52 подает газовое ракетное топливо в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12.

При открывании клапана 58, газовое ракетное топливо проходит через околозвуковое сопло 60, которое действует как нерегулируемый дроссель для обеспечения очень низкого расхода приблизительно от 1 до 10 мг/с при данном давлении. Следовательно, так как давление накопителя низкого давления 52 может быть активно управляемо и изменяемо посредством активно управляемых клапанов 22, 24 и 44 и замкнутого контура обратной связи, то расход может быть установлен до любого нужного значения расхода, предпочтительно приблизительно между 1 и 10 мг/с.

Газовое ракетное топливо, имеющее устойчивый и управляемый низкий расход, проходит через фильтр 62, чтобы отфильтровать любые дополнительные загрязнения и примеси от газового ракетного топлива перед его подачей в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12. Фильтрование любых примесей перед тем, как газ достигнет электродугового ракетного двигателя, предотвращает обусловленные примесями закорачивание и рассеяние в электрической дуге, генерируемой внутри электродугового ракетного двигателя 12. Датчик давления 64 используется для контроля давления газа, подаваемого в электродуговой реактивный двигатель 12, чтобы гарантировать, что электродуговой реактивный двигатель 12 получает подходящую порцию газа. Пока электродуговой ракетный двигатель 12 находится в действии, дополнительный датчик давления 66 и термапара 68 используются для гарантии того, что электродуговой ракетный двигатель 12 работает и запускается правильно.

Вернемся к клапану 46; при открывании клапана 46, накопитель высокого давления произвольной конструкции 70 управляемо нагнетается газовым ракетным топливом до достижения необходимого давления в диапазоне приблизительно от 0,69 МПа до нескольких МПа (от 100 до нескольких сотен фунт/кв.дюйм), подобно тому как управляемо нагнетается накопитель низкого давления 52. Накопитель высокого давления 70 также контролируется датчиком давления 72 и термопарой 74, в то время как активно управляемый клапан 76 используется для поставки газового ракетного топлива при высоком давлении к электродуговому реактивному ракетному двигателю 12 через околозвуковое сопло 78. Околозвуковое сопло 78 управляет расходом нагретого газа в диапазоне от 10 до 100 мг/с. Накопитель высокого давления 70 в основном используется для обеспечения пускового импульса высокого давления к электродуговому реактивному ракетному двигателю 12. Пусковой импульс используется, когда электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 сначала запускается, перед тем как действовать в установившихся условиях посредством накопителя низкого давления.

Вернемся к клапану 48; клапан 48 позволяет газовому ракетному топливу течь прямо из газового генератора 38 через околозвуковое сопло 80 и поступать прямо в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 или к другим ракетным двигателям (не показано), расположенным на борту спутника 14. Нагретый газ проходит через клапан 48 и поступает в трубопровод импульса высокого давления 82, который контролируется датчиком давления 84 для определения давления газа и расхода газа, вытекающего из околозвукового сопла 80. Этот трубопровод импульса высокого давления 82 в основном используется, когда спутнику требуется более высокая мощность двигателя (т.е. высокий удельный импульс, _sp) для движения спутника на большие расстояния, или для условий запуска электродугового реактивного ракетного двигателя 12, подобно использованию накопителя высокого давления 70.

Путем обеспечения многократных подач посредством клапанов 44, 46 и 48, многочисленные электродуговые реактивные ракетные двигатели 12 (не показано) могут отдельно управляться и функционировать для управления движением спутника 14. Более того, с обеспечением трубопровода импульса высокого давления 82 или накопителя высокого давления 70 отпадает необходимость повышать давление в накопителе низкого давления 52 до давления пускового импульса во время запуска электродугового реактивного ракетного двигателя 12 и потом сбрасывать давление в накопителе низкого давления 52 посредством выпускающего клапана (не показано), прежде чем электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 будет приводиться в действие в установившихся условиях.

На деле, спутник 14 сначала выводится на спутниковую орбиту или низкую околоземную орбиту посредством отдельного ракетоносителя (не показано). После выведения на эту спутниковую орбиту спутник либо управляется посредством наземного базового центра управления через управляющий компьютер 50 и процессор электропитания 18, либо управляется автономно для выведения спутника 14 на более высокие орбиты, как требуется для функционирования спутника. Чтобы загружать маломощные электродуговые реактивные ракетные двигатели 12, а также дополнительные электродуговые реактивные ракетные двигатели (не показаны), процессор электропитания 18 импульсно возбуждает драйвер клапана 28, который импульсно возбуждает активно управляемые клапаны 22 и 24 в состояние “открыто” и “закрыто”, причем, приблизительно на протяжении 50% функционального цикла клапаны открыты приблизительно 100 мс и закрыты приблизительно 100 мс. При выполнении этого достигается большее управление, так как газовый генератор 38 периодически импульсно возбуждается, чтобы генерировать газ, который потом подается в накопитель низкого давления 52 посредством активно управляемого клапана 44.

Накопитель низкого давления 52 управляемо нагнетается газовым ракетным топливом 38, используя замкнутый контур обратной связи, состоящий из датчика давления 54 и термопары 56. Это достигается активным управлением клапанов 22 и 24 и активным управлением клапана 44 в импульсном режиме для управляемого наращивания давления в накопителе низкого давления 52. Оптимальное или нужное давление для подачи электродуговому реактивному ракетному двигателю 12 задается и поддерживается в накопителе низкого давления 52 независимо от давления в газовом генераторе 38. Чтобы запустить электродуговой реактивный ракетный двигатель 12, используется либо трубопровод импульса высокого давления 82, либо произвольный накопитель высокого давления 70, который управляемо нагнетается подобно накопителю низкого давления 52. В электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 подается пусковой импульс высокого давления, имеющий расход около 25 мг/с при давлении около 2,07 МПа (300 фунт/кв.дюйм), чтобы запустить маломощный электродуговой реактивный ракетный двигатель 12.

После приема импульса высокого давления либо клапан 48, либо клапан 76 активно закрываются, а клапан 58 открывается для поступления газового ракетного топлива при низком давлении с установившимся низким расходом в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12. Это обеспечивает управляемую установившуюся реактивную движущую силу из электродугового реактивного ракетного двигателя 12 независимо от того, что происходит в газовом генераторе 38. Более того, давление в накопителе низкого давления 52 может управляемо устанавливаться до любого нужного давления, обеспечивая, следовательно, управляемо установленный стабильный расход газа, поступающего в электродуговой реактивный ракетный двигатель 12. Таким образом, реактивную движущую силу из электродугового реактивного ракетного двигателя 12 можно динамически изменять по диапазону удельного импульса (I_sp) приблизительно от 400 до 550 с, независимо от давления в топливном баке 16.

При использовании накопителя низкого давления 52 можно использовать прочный долговечный газовый генератор 38 без потерь, в слабонагруженном режиме, безотносительно к нестабильности потока, вызванной разложением жидкого гидразина внутри слоя катализатора. Так как подача жидкого гидразина происходит внутри топливного бака 16 (т.е. сброс) в диапазоне от 2,76 до 0,69 МПа (400 до 100 фунт/кв.дюйм), то электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 может функционировать независимо от расхода электродуговым реактивным двигателем 12 топлива из накопителя низкого постоянного давления 52. Например, если предположить, что бак заполнен, например, 80% жидким гидразином при 2,76 МПа (400 фунт/кв.дюйм), а пустой при 0,69 Па (100 фунт/кв.дюйм), то это образует сброс 4 к 1, что не регулируется в топливном баке снабжения 16. Однако, электродуговой реактивный ракетный двигатель 12 может действовать при постоянном давлении подачи, пока закрытый топливный бак 16 сбрасывает давление от 2,76 МПа до 0,69 МПа (от 400 до 100 фунт/кв.дюйм), из-за того, что накопитель низкого постоянного давления 52 действует независимо от газового генератора 38, и существенно отделяет флюктуирующую часть системы снабжения 10 от электродугового реактивного ракетного двигателя 12. Кроме того, допустимое отклонение расхода приблизительно около 2% может поддерживаться без риска мгновенной остановки из-за недостатка газа электродугового реактивного двигателя, благодаря точному управлению потоком посредством накопителя низкого давления 52, что равносильно прецизионному управлению реактивной движущей силы посредством электродугового реактивного ракетного двигателя 12.

Далее, расход газа, поступающего к электродуговому реактивному ракетному двигателю 12, может регулироваться дросселем посылкой новой команды управляющему компьютеру 50, что в свою очередь снизит давление в накопителе низкого давления 52 путем изменения рабочего цикла газового генератора 38. Такое может случиться, если у спутника 14 оказываются такие потери энергии, что мощность, приложенная к электродуговому реактивному двигателю 12, снижается. Следовательно, давление в накопителе низкого давления 52 также понижается для обеспечения нового необходимого расхода топлива, обусловленного более низкой мощностью, прикладываемой к маломощному электродуговому реактивному ракетному двигателю 12. Более того, при использовании накопителя низкого давления 52 устраняются или минимизируются отклонения давления подачи газа во время разгона и после остановки.

Предыдущее изложение раскрывает и описывает просто иллюстративные варианты воплощения представленного изобретения. Специалист легко поймет из такого обсуждения и из сопроводительных чертежей и формулы, что различные изменения, модификации и вариации могут быть сделаны без отклонения от сущности и рамок изобретения, как определено в следующей формуле.

Формула изобретения

1. Система подачи ракетного топлива к маломощному электродуговому реактивному двигателю, содержащая отсек хранения жидкого ракетного топлива для хранения жидкого ракетного топлива, и газовый генератор, сообщающийся с отсеком хранения жидкого ракетного топлива и производящий газовое ракетное топливо при получении жидкого ракетного топлива, отличающаяся тем, что имеет накопитель газа, сообщающийся с генератором и накапливающий газовое ракетное топливо из газового генератора до нужного давления, и средство управляемого клапана для активного управления потоком жидкого ракетного топлива, входящим в газовый генератор, и активного управления потоком газового ракетного топлива, выходящим из газового генератора и входящим в накопитель газа до достижения нужного давления, в котором газовое ракетное топливо передается, по существу, с непрерывным и устойчивым низким расходом к маломощному электродуговому реактивному двигателю.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеет средство управления для управления средством управляемого клапана.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что средство управления выполнено с множеством замкнутых контуров обратной связи для активного управления средством управляемого клапана.

4. Система подачи ракетного топлива электродугового реактивного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что средство управляемого клапана включает первый клапан, соединенный с отсеком хранения жидкого ракетного топлива для управления жидким ракетным топливом, входящим в газовый генератор, второй клапан, соединенный с газовым генератором для управления потоком газового ракетного топлива, выходящего из газового генератора и входящего в накопитель газа, и третий клапан для управления потоком газового ракетного топлива, входящего в маломощный электродуговой реактивный двигатель.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеет сопло, сообщающееся с накопителем газа, которое передает газовое топливо из накопителя газа к маломощному электродуговому реактивному двигателю с, по существу, непрерывным и устойчивым низким расходом топлива, имеющего нужное давление, предпочтительно при расходе приблизительно между 1 и 10 мг/с.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеет накопитель газа высокого давления, сообщающийся с газовым генератором, причем накопитель газа высокого давления накапливает газовое ракетное топливо из газового генератора до нужного высокого давления.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что управляемый клапан выполнен с возможностью возбуждения импульсами на протяжении приблизительно 50% рабочего цикла, чтобы активно управлять потоком жидкого ракетного топлива, выходящего из отсека хранения жидкого ракетного топлива и входящего в газовый генератор.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что газовый генератор выполнен с ограничителем потока для обеспечения фиксированного расхода жидкого ракетного топлива, входящего в газовый генератор при заданном давлении.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что имеет средство управления для активного управления в реальном времени управляемым клапаном и впускающим и опускающим клапанами накопителя газа, чтобы передавать газовое ракетное топливо к ракетному двигателю с настраиваемым расходом топлива, который является, по существу, непрерывным и установившимся.

10. Способ подачи газового ракетного топлива, имеющего по существу непрерывный и устойчивый расход, к маломощному электродуговому реактивному двигателю, отличающийся тем, что осуществляют активно управляемую подачу жидкого ракетного топлива к газовому генератору, образование газового ракетного топлива в газовом генераторе при получении жидкого ракетного топлива, активно управляемую подачу газового ракетного топлива, образованного в газовом генераторе, к накопителю газа, управляемое накопление газового ракетного топлива до достижения нужного управляемого давления в накопителе газа, и активную подачу газового ракетного топлива при нужном давлении через сопло к маломощному электродуговому реактивному двигателю, при котором газовое ракетное топливо подают при по существу постоянном управляемом расходе топлива к маломощному электродуговому реактивному двигателю.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что активно управляемая подача жидкого ракетного топлива к газовому генератору включает импульсное возбуждение управляемого клапана на протяжении приблизительно 50% рабочего цикла.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что управляемое накопление газового ракетного топлива до нужного управляемого давления включает в себя непрерывный контроль давления в накопителе газа, и управляемое накопление газового ракетного топлива до нужного давления, основанного на упомянутом давлении.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что активная подача газового ракетного топлива при нужном давлении через сопло к маломощному электродуговому реактивному двигателю включает: управляемую подачу газового ракетного топлива к маломощному электродуговому реактивному двигателю через сопло по требованию, и обеспечение по существу постоянного низкого расхода приблизительно около 5 мг/с газового ракетного топлива, поступающего к маломощному электродуговому реактивному двигателю.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.12.2002

Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004