Патент на изобретение №2204047
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ МАЛОЙ ТЯГИ
(57) Реферат: Жидкостный ракетный двигатель малой тяги работает на жидком химическом топливе, состоит из цилиндрического корпуса, в который установлена полая втулка из жаропрочного материала, расположенная на корпусе смесительной головки, образующей с внутренней полостью втулки полость камеры сгорания, и реактивного сопла. Втулка и реактивное сопло выполнены из диэлектрического материала. Реактивное сопло имеет два кольцевых паза, в которые установлены кольцевые электроды из жаростойкого материала, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру участка реактивного сопла. Электроды соединены с тоководами, расположенными в наружных продольных пазах реактивного сопла электроизолированно от корпуса, и выведены из него. Изобретение позволит повысить удельный импульс двигателя. 1 ил. Изобретение относится к машиностроению – к космической технике и может быть использовано для создания тяги на летательном аппарате. Известен электротермический двигатель (ЭТД), состоящий из камеры, реактивного сопла, нагревателя, расположенного внутри камеры, соединенного с источником энергии /Космические двигатели: состояние и перспективы /Под ред. Л. Кейвни. – М. : Мир, 1998. – с. 193, рис.2.10.а/. В камере ЭТД электрическая энергия используется для нагрева газообразного рабочего тела. Недостатком устройства является невысокий удельный импульс. Скорость истечения пропорциональна произведению температуры рабочего тела Т на газовую постоянную R W  . Предельное значение скорости определяется веществом, используемым в качестве рабочего тела. В случае водорода, имеющего наибольшую газовую постоянную R при предельно возможных температурах нагрева, удельный импульс приближается к W =1000 м/с.
Известен электродуговой двигатель (ЭДД), состоящий из камеры с расположенными в ней электродами, соединенными с источником электроэнергии и реактивного сопла /Там же, с. 193, рис. 2.10.б/. Нагрев рабочего тела происходит за счет протекания по нему электрического тока. Недостатком устройства являются ограничения на величину удельного импульса и невысокий КПД, обусловленный потерями на ионизацию рабочего тела и потерями тепла высокотемпературной плазмы в элементах конструкции двигателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать двухкомпонентный жидкостный ракетный двигатель малой тяги (ЖРДМТ) Rb – 6, состоящий из цилиндрического корпуса, в который установлена полая втулка из жаропрочного материала, расположенной на корпусе смесительной головки, образующей с внутренней полостью втулки полость камеры сгорания и реактивного сопла /Там же, с. 154/. Двигатель использует топливную пару N2O4 и монометилгидразин, развивает тягу около 2Н и имеет удельный импульс W ~ 1860 м/с в импульсном режиме. Недостатком двигателя является сравнительно невысокая экономичность.
Целью изобретения является повышение удельного импульса за счет подвода дополнительной электроэнергии от отдельного источника.
Указанная цель достигается тем, что в ЖРДМТ, работающем на жидком химическом топливе, состоящем из цилиндрического корпуса, в котором установлена полая втулка из жаропрочного материала, расположенная на корпусе смесительной головки, образующей с внутренней полостью втулки полость камеры сгорания, и реактивного сопла, втулка и реактивное сопло выполнены из диэлектрического материала, а реактивное сопло имеет два кольцевых паза, в которые установлены кольцевые электроды из жаростойкого материала, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру участка реактивного сопла, а электроды соединены с соответствующими токовводами, расположенными в наружных продольных пазах реактивного сопла электроизолированно от корпуса, и выведены из корпуса.
Сущность изобретения поясняется схемой, представленной на чертеже.
Устройство содержит корпус 1, смесительную головку 2 с форсунками для подачи компонентов ракетного топлива, полую втулку 3 и реактивное сопло, состоящее из участков 4 и 5 из диэлектрического материала. В двух кольцевых пазах установлены кольцевые электроды 6 из жаростойкого материала, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру участков 4 и 5 реактивного сопла. Электроды 6 соединены с соответствующими токовводами 7, расположенными в наружных продольных пазах 8 элементов реактивного сопла 4 и 5. Электрическая изоляция токовводов 7 от корпуса 1 обеспечивается изоляторами 9, установленными в пазах 8. Тоководы 7 выведены из корпуса 1.
Корпус двигателя 1 и смесительная головка 2 выполняются из нержавеющей стали, а втулка 3 и элементы реактивного сопла 4 и 5 – из окиси или карбида циркония, материал электродов 6 – вольфрам.
Устройство работает следующим образом. Самовоспламеняющиеся компоненты ракетных топлив под избыточным давлением подаются в камеру двигателя через форсунки в смесительной головке 2. В камере сгорания, образованной внутренней полостью втулки 3 и внутренней поверхностью смесительной головки 2, происходит смешение и горение компонентов. Продукты сгорания нагреваются и истекают через реактивное сопло, создавая тягу.
Температура продуктов сгорания в случае применения пары N2O4 и (несимметричный диметилгидразин) НДМГ достигает ~3500 К, в их состав входят диссоциированные продукты сгорания, обладающие электропроводностью. При подключении электродов 6 через токовводы 7 к внешнему источнику электропитания происходит ионизация продуктов сгорания, образование и поддержание дугового разряда. Подводимая к продуктам сгорания дополнительная энергия приводит к повышению температуры рабочего тела в реактивном сопле и удельного импульса двигателя.
В случае применения предлагаемого устройства в составе двигательной установки для коррекции орбиты космического аппарата (КА) массой 2…2,5 т, находящегося на геостационарной орбите, потребная величина тяги составляет ~ 0,5 Н. Коррекция орбиты может производиться 1 раз в сутки. В ходе совершения маневра относительное время работы двигателя  между включениями составляет где tраб – время работы за период между включениями. При tраб = 60 с tраб=60/(3600  24)=0,00069.
Тогда при использовании разрядно-накопительного устройства для питания двигателя электрическим током мощность, потребляемая накопительным устройством от системы электропитания (СЭП) КА, составляет:Рд=Р ,где P – мощность, подводимая к двигателю. При мощности, подводимой к двигателю, Р=1000 Вт без учета потерь, потребление от СЭП КА составит: Рд=1000 0,00069=0,69 Вт.
При этом удельный импульс для компонентов N2O4 + НДМГ и тяге двигателя 0,5 Н повышается по оценочным расчетам почти на 43%.
Формула изобретения
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: 20.04.2003
Извещение опубликовано: 20.02.2005 БИ: 05/2005
|
||||||||||||||||||||||||||
