Электротермический двигатель


Электротермические двигатели. Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)

Электротермические двигатели

Нам уже известно, что одним из способов увеличения эффективности двигателей для космических кораблей является повышение температуры (а значит и скорости) истекающих газов. Но эту температуру можно поднимать не только с помощью химической реакции горения или посредством утилизации энергии радиоактивного распада — другим мощным источником тепла может служить электричество.

Идея электротермического ракетного двигателя обсуждается уже довольно давно. Еще в 1928 году, на самой заре развития реактивной техники, в нашей стране был выдвинут изобретательский проект такого двигателя. По этому проекту через тонкие металлические проволочки или струйки электропроводящей жидкости, находящиеся в камере сгорания, должны пропускаться с заданной частотой кратковременные мощные импульсы электрического тока. Начиная с мая 1929 года, в специально созданной группе электрических и жидкостных ракетных двигателей Газодинамической лаборатории (ГДЛ) в Ленинграде велись теоретические и экспериментальные исследования электротепловых двигателей, использующих явление «электрического взрыва». Работами руководил хорошо нам знакомый Валентин Петрович Глушко.

Через четыре года опыты продолжались уже с камерой, снабженной соплом. В результате разрядов тока происходил взрыв проводников с разогреванием образующихся газов до весьма высокой температуры — порядка 1 миллиона градусов, вследствие чего раскаленные продукты взрыва вытекали через сопло с огромной скоростью. После целой серии опытов сотрудники ГДЛ установили, что идеальным рабочим веществом для таких двигателей являются насыщенные водородом металлы: например, железо или палладий. При высокой температуре взрыва водород выделяется с поглощением части энергии; при охлаждении же продуктов он, воссоединяясь, выделяет поглощенную энергию, что ведет к общему увеличению к. п. д.

Однако развитие ракетных двигателей пошло, как известно, по другому направлению, и если электрические методы нагрева и получили некоторое применение в космической технике, то лишь для различных вспомогательных нужд: например, в электрозапальных устройствах, служащих для воспламенения топлива при запуске двигателя.

Интерес к электротермическим двигателям вновь проявился лишь в начале 70-х годов, когда стали очевидны принципиальные ограничения термохимических двигателей в отношении тяги.

В первую очередь вспомнили о схеме ГДЛ. Опыты с подобными двигателями проводились как у нас, так и в за рубежом.

В качестве рабочего вещества применялись проволочки диаметром в 1 миллиметр и длиной примерно 6,5 миллиметра из алюминия, железа, меди, золота, серебра, вольфрама и ряда других металлов. Внезапный разряд батареи конденсаторов, заряженных до напряжения 10–20 киловольт, через эти проволочки вызывал мгновенное возникновение в них тока силой в несколько тысяч ампер, что приводило к взрывному испарению материала проволочек. Как показали измерения, при этом развивалась температура выше 100 000 °C, а скорость истечения превышала 10 000 м/с с возможностью ее увеличения до 50 000 м/с!

Но если «электрический взрыв» представляет собой довольно экзотический метод нагрева, то хорошо известны другие способы, с помощью которых электрический ток используется в технике и быту для нагрева различных веществ.

Пожалуй, наиболее прост и известен метод конвективного нагрева жидкостей и газов с помощью электрических элементов сопротивления; ведь именно этот так называемый омический нагрев служит в бесчисленных электронагревателях самой различной мощности, начиная с обыкновенного утюга. Нагревательным элементом здесь служит металлическая трубка, проволока или пластина; их электрическое (омическое) сопротивление приводит к тому, что при течении тока они нагреваются — электрическая энергия переходит в тепловую. А затем получаемое тепло сообщается омывающему элемент газу или жидкости.

Создать электротермический двигатель на основе этого физического явления просто: достаточно в камере такого двигателя разместить электрический нагревательный элемент.

Правда, нагрев рабочего вещества будет ограничен допустимой температурой нагревательного элемента примерно так же, как в твердофазном ядерном реакторе, но зато двигатель будет сравнительно простым, небольшим и легким. За рубежом такие двигатели исследуются, они получили там название «резистоджет», что в переводе с английского звучит примерно как «ракетный двигатель на сопротивлении».

Нагревательный элемент «резистоджета» изготовляется из жароупорного металла (обычно из вольфрама, рения или их сплавов) и может нагреваться до 2650–2750°К. При удачной конструкции двигателя температура рабочего вещества лишь немногим меньше этой. Выгоднее всего, конечно, применять в качестве рабочего вещества водород, но используются также аммиак и другие вещества В случае водорода скорость истечения может достигать 10 000-11 000 м/с.

Один из двигателей типа «резистоджет» с многотрубчатым вольфрамовым теплообменником был разработан американской фирмой «Марквардт» («Marquardt») для использования в системах ориентации и стабилизации космических летательных аппаратов, в частности обитаемой орбитальной лаборатории «MORL», конструкцию которой мы обсуждали в главе 17. Электрическая мощность этого двигателя равна 3 кВт, концентрические трубки вольфрамового теплообменника имеют толщину всего ОД миллиметра. В ходе 25-часовых испытаний двигателя была получена скорость истечения 8400 м/с при к. п. д. 79 % и тяге двигателя 66,5 грамма. По другому предложению фирмы, на этой же орбитальной лаборатории могут быть установлены 1624 двигателя «резистоджет» тягой по 4,5 грамма, рабочим веществом для которых должны служить отходы жизнедеятельности космонавтов!

Фирма «Авко» («Avco») также разрабатывала двигатель «резистоджет» аналогичного назначения для системы стабилизации на орбите синхронного искусственного спутника Земли «ATS» весом около 450 килограммов. Двигатель мощностью всего примерно 7,5 Вт имеет диаметр 102 миллиметра, длину 280 миллиметров и вес 3,2 килограмма, он работает на аммиаке; его две независимо работающие тяговые камеры (движителя) диаметром 32 миллиметра развивают очень малую тягу 50 миллиграммов и 5 миллиграммов, они управляются клапанами, электрически связанными с электронным командным блоком.

Двигатель подобного типа был установлен на спутнике «ATS-B», выведенном на орбиту в декабре 1966 года. А в июле и ноябре 1967 года были выведены на орбиту экспериментальные спутники «LES» и «ATS-3», также оборудованные двигателями типа «резистоджет».

Сообщается и о ряде других экспериментальных электротермических двигателей: мощностью 30 кВт при скорости истечения 8600 м/с, мощностью 10 Вт с тягой порядка 0,5 грамма и так далее.

Первый из двигателей «резистоджет» нашел применение в космосе в системе ориентации военного спутника «Вела-3», запущенного в июле 1965 года. Мощность этого двигателя равна 90 Вт, тяга — 19 граммов. 19 сентября 1965 года с его помощью был осуществлен первый маневр в космосе.

В мае 1967 года двигатель «резистоджет» с тремя соплами обеспечивал ориентацию и маневрирование усовершенствованного спутника «Вела»; два таких спутника были запущены за месяц до этого, на каждом из них был установлен многосопловой двигатель «резистоджет» тягой каждого сопла 8,5 грамма. Двигатель весом 150 граммов работал на азоте.

Другой двигатель (фирмы «Дженерал Электрик») пульсирующего типа тягой 0,225 грамма прошел в 19661967 годы испытания в течение более 10 000 часов.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

электротермический ракетный двигатель малой тяги - патент РФ 2368546

Изобретение относится, преимущественно, к двигательным системам космических аппаратов. Электротермический ракетный двигатель (1) содержит отсек (20) нагрева, через который пропускается текучая рабочая среда (4) перед ее выбросом из сопла (8). Нагрев среды может осуществляться омическим или электродуговым способом. Кроме того, на космическом аппарате предусмотрен источник (22) электроэнергии, содержащий фотогальванические элементы (24), установленные на теплообменнике (10). Через этот теплообменник пропускается текучая рабочая среда (4) перед тем, как попасть в блок (20) нагрева. Источник (22) преимущественно содержит концентратор (28), направляющий солнечный свет на фотогальванические элементы (24). Выделяющееся на элементах (24) тепло передается рабочей среде (4). Технический результат изобретения состоит в улучшении энергетических показателей двигательной системы путем ее рационального объединения с системой энергопитания космического аппарата. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2368546

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к электротермическому ракетному двигателю малой тяги, содержащему, как известно, отсек нагрева, предназначенный для нагрева рабочей текучей среды для увеличения ее скорости истечения.

Изобретение, в частности, предназначено для применения в области двигательных систем космических аппаратов, таких как космические транспортные модули, но, однако, никоим образом не ограничивается этим вариантом применения.

Уровень техники

Как указано выше, в известных электротермических ракетных двигателях малой тяги (омический ракетный двигатель, электродуговой ракетный двигатель) используется электричество для нагрева рабочей текучей среды, такой как водород, аммиак или любой другой соответствующей текучей среды, для получения нагретой сжатой рабочей текучей среды, что обеспечивает ее повышенную скорость истечения.

Электротермические ракетные двигатели малой тяги, типа омического ракетного двигателя и электродугового ракетного двигателя, известны в предшествующем уровне техники, причем первый из них имеет отсек нагрева, в котором используется нить нагрева, через которую пропускают рабочую текучую среду, в то время как во втором типе предусмотрен отсек нагрева, в котором рабочую текучую среду нагревают путем пропускания ее через электрическую дугу.

В обоих случаях бортовой источник электроэнергии, обеспечивающий питание отсека нагрева, обычно является сложным и обычно является причиной низкой суммарной полезной работы узла электротермического ракетного двигателя малой тяги.

Раскрытие изобретения

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в разработке электротермического ракетного двигателя малой тяги, конструкция которого обеспечивает его улучшенную суммарную полезную работу по сравнению с полезной работой в вариантах выполнения двигателя предшествующего уровня техники.

С этой целью объектом настоящего изобретения является электротермический ракетный двигатель малой тяги, содержащий отсек нагрева, снабженный источником электроэнергии, через который требуется пропускать рабочую текучую среду для нагрева этой рабочей среды перед ее выпуском. В соответствии с изобретением такой источник электроэнергии содержит фотогальванические элементы, установленные на теплообменнике, через который пропускают рабочую текучую среду прежде, чем она попадает в отсек нагрева.

Предпочтительно, в электротермическом ракетном двигателе малой тяги, в соответствии с изобретением, теплообменник, соединенный с фотогальваническими элементами, обеспечивает возможность нагрева этих элементов, установленных на нем, и, следовательно, обеспечивает удовлетворительную выработку электроэнергии этими фотогальваническими элементами в результате регенерирования тепловых потерь. Поэтому, возможность значительного ограничения нагрева элементов позволяет использовать малые площади поверхности фотогальванических элементов, на которых может быть сконцентрировано солнечное излучение, например, с использованием зеркал, в результате чего, однако, не происходит снижение выработки электроэнергии этими элементами. Очевидно, что это явление можно пояснить тем фактом, что солнечные элементы генерируют ток, который пропорционален входному потоку при отсутствии потерь вырабатываемой энергии и вплоть до очень высоких значений концентраций при условии, что температура элементов поддерживается ниже максимальной рабочей температуры.

Кроме того, возможное ограничение пониженной выработки электроэнергии элементами также позволяет в случае необходимости использовать фотогальванические элементы, изготовленные с использованием малозатратной технологии.

Также, поскольку рабочая текучая среда, циркулирующая внутри теплообменника, представляет собой ту же рабочую текучую среду, которую пропускают через отсек нагрева перед выпуском ее из ракетного двигателя малой тяги, следует понимать, что эта рабочая текучая среда, таким образом, предпочтительно, будет предварительно подогрета в теплообменнике прежде, чем она поступит в отсек нагрева также называемый "камерой".

Поэтому, учитывая приведенное выше, будет понятно, что суммарная полезная работа электротермического ракетного двигателя малой тяги может быть существенно улучшена по сравнению с полезной работой двигателей, известных из уровня техники.

Кроме того, в случаях, когда ракетный двигатель малой тяги в соответствии с изобретением представляет собой омический ракетный двигатель или электродуговой ракетный двигатель, получаемая суммарная полезная работа может быть идентичной и аналогичной наблюдаемой в солнечных тепловых ракетных двигателях малой тяги, известных из уровня техники, причем в таких ракетных двигателях малой тяги не требуется использовать дорогостоящие сложные узлы, типа приемника - теплообменника - аккумулятора, технология которых не достаточно разработана.

Как указано выше, для получения электроэнергии, обеспечивающей потребность в электричестве отсека нагрева, предпочтительно, чтобы источник электроэнергии также содержал концентратор солнечного света, соединенный с фотогальваническими элементами, причем этот концентратор зеркального типа, предпочтительно, выполнен в форме надувной структуры.

Предпочтительно, фотогальванические элементы установлены на внешней поверхности теплообменника, предпочтительно, путем соединения с ним.

Другие преимущества и характеристики изобретения будут понятны из следующего, не ограничивающего описания, приведенного ниже.

Краткое описание чертежей

Описание будет приведено со ссылкой на один чертеж, схематично представляющий вид сбоку электротермического ракетного двигателя малой тяги в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

На единственном чертеже схематично представлен электротермический ракетный двигатель 1 малой тяги, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения, причем этот ракетный двигатель 1 малой тяги может быть как типа омического ракетного двигателя, так и типа электродугового ракетного двигателя.

Ракетный двигатель 1 малой тяги, прежде всего, содержит резервуар 2 с рабочей текучей средой или проперголем 4, причем такая рабочая текучая среда должна быть пропущена через ракетный двигатель 1 малой тяги в основном направлении потока рабочей текучей среды, представленном стрелкой 6, после чего она будет выпущена через выходное сопло 8, которое формирует выходную часть ракетного двигателя 1 малой тяги.

Резервуар 2 подключен после теплообменника 10, а более конкретно, к переднему его соединителю 12, который представляет его часть и предназначен для направления рабочей текучей среды 4 в направлении центрального участка 14 теплообменника 10. В связи с этим следует отметить, что теплообменник 10, фактически может быть сформирован из двух реверсивных теплообменников для достижения максимальной однородности температуры внешней поверхности 16 центрального участка 14 теплообменника. Такой центральный участок 14 теплообменника, предпочтительно, изготовлен из материала с переменным промежутком между петлями и может включать или может не включать в себя слой материала с высокой проводимостью для выравнивания температуры, воспринимаемой фотогальваническими элементами, которые, как будет более подробно описано ниже, установлены на внешней поверхности 16. В качестве иллюстративного примера центральный участок 14 теплообменника изготовлен так, как описано в документе FR-A-2836690.

Центральный участок 14 теплообменника соединен с выходным коллектором 18 теплообменника 10, причем этот выходной коллектор 18, в свою очередь, подключен к отсеку 20 нагрева ракетного двигателя малой тяги, конструкция которого, как хорошо известно специалистам в данной области техники, зависит от типа рассматриваемого ракетного двигателя малой тяги (омический ракетный двигатель/электродуговой ракетный двигатель).

Рабочая текучая среда 4, такая как водород, аммиак или другая текучая среда, таким образом вытекает через выходной коллектор 18 и попадает в отсек 20 нагрева, прежде чем будет удалена из последнего и будет передана в выпускное сопло 8, из которого ее выпускают из ракетного двигателя 1 малой тяги с очень высокой скоростью.

Одна из особенностей изобретения состоит в том, что бортовой источник электроэнергии, обеспечивающий питание отсека 20 нагрева, содержит фотогальванические элементы 24, установленные на внешней поверхности 16 центрального участка 14 теплообменника 10.

Более точно, фотогальванические элементы 24, называемые солнечными элементами, предпочтительно, установлены в виде множества солнечных панелей 26 или панелей солнечных элементов, соединенных с этой внешней поверхностью 16. Эта последняя поверхность, предпочтительно, выполнена плоской или любой другой формы, которая может быть придана теплообменникам, как известно специалистам в данной области техники. При этом такой теплообменник должен быть сконструирован так, чтобы он поддерживал на внешней поверхности 16 однородную температуру, которая ниже максимальной рабочей температуры элементов 24.

Источник 22 электроэнергии, соединенный с солнечными элементами 24, также содержит концентратор 28 солнечного света, предпочтительно, в форме надувной структуры с зеркалами, в случае необходимости, с линзами Френеля. Концентратор 28 солнечного света такого типа также известен специалистам в данной области техники и установлен так, что он отражает свет в направлении солнечных элементов 24 и таким образом позволяет существенно повысить поток солнечного света, захватываемый этими элементами.

Следует понимать, что в таком электротермическом ракетном двигателе 1 малой тяги рабочая текучая среда 4, циркулирующая через центральный участок 14 теплообменника для теплообменника 10, обеспечивает охлаждение солнечных элементов 24 при выработке ими электроэнергии, которая, таким образом, увеличивается при постоянной полезной работе в то время, как эту же рабочую текучую среду 4 затем можно подавать в отсек 20 нагрева, после ее предварительного нагрева теплом, излучаемым этими солнечными элементами 24.

Очевидно, что специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные модификации в отношении электротермического ракетного двигателя 1 малой тяги, описанного выше в качестве неограничивающего примера.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электротермический ракетный двигатель (1) малой тяги, содержащий отсек (20) нагрева, который снабжен источником (22) электроэнергии и через который требуется пропускать рабочую текучую среду (4) для ее нагрева перед выпуском, отличающийся тем, что указанный источник (22) электроэнергии содержит фотогальванические элементы (24), установленные на теплообменнике (10), через который пропускают указанную рабочую текучую среду (4), прежде чем она достигнет указанного отсека (20) нагрева.

2. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанный источник (22) электроэнергии также содержит концентратор (28) солнечного света, соединенный с указанными фотогальваническими элементами (24).

3. Электротермический ракетный двигатель по п.2, отличающийся тем, что указанный концентратор (28) солнечного света, соединенный с указанными фотогальваническими элементами (24), представляет собой надувную структуру.

4. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанные фотогальванические элементы (24) установлены на внешней поверхности (16) указанного теплообменника (10).

5. Электротермический ракетный двигатель по п.4, отличающийся тем, что указанные солнечные элементы (24) установлены на внешней поверхности (16) путем соединения с ней.

6. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой омический ракетный двигатель.

7. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой электродуговой ракетный двигатель.

www.freepatent.ru

способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны и электротермический двигатель для его осуществления - патент РФ 2410557

Изобретение относится к электротермическим двигателям. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела, и электротермический двигатель для осуществления способа заключаются в использовании рабочего тела, которое представляет собой взрывчатое вещество, в устройстве камеры взрывов и в создании тяги, образуемой путем взрыва рабочего тела и отражении детонационной волны при ударе о поверхности выемки камеры взрывов. Изобретение позволяет обеспечить повышение удельных энергетических и экономических показателей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2410557

Изобретение предназначено для создания новой области двигателестроения и относится к новому направлению в создании электротермического двигателя - электротермического двигателя внутреннего взрыва, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, и как по величине развиваемой тяги, так и по устройству может быть использован для передвижения любых транспортных средств в различных средах (водной, наземной, воздушной, космической).

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, заключается в способе получения реактивной тяги, образуемой путем возбуждения взрыва взрывчатого вещества - рабочего тела, импульс при отражении детонационной волны с кумулятивным эффектом от стенки с выемкой определенной формы камеры взрывов. Устройство электротермического двигателя для осуществления вышеуказанного способа, где основным обязательным элементом устройства является камера взрывов с выемкой определенной формы.

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела, как способа создания тяги, устройство двигателя - аналогов не имеет.

Задача изобретения состоит в создании принципиально нового электротермического двигателя, обеспечивающего значительное повышение параметров, удельных экономических и энергетических показателей, величины развиваемой тяги при одновременной простоте устройства и снижении удельной металлоемкости двигателя.

« Объемная плотность энергии, достигаемая при взрыве взрывчатых веществ, превосходит объемную плотность для обычных горючих в сотни и тысячи раз.

Взрывчатые вещества, способные при взрыве совершать за весьма короткие промежутки времени значительную работу, по эффективности являются до сих пор одним из сильнейших источников энергии ». («Физика взрыва» 1975. «Наука». Баум Ф.А. гл.1-13. §.1.1, 1.2, 1.3 )

Поставленная задача решается тем, что был использован новый способ получения реактивной тяги и устройство двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, где рабочим телом является взрывчатое вещество.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемой процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения тепловым воздействием подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент времени образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности камеры взрывов, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданные осевые формирования кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движения двигателя в противоположном заданном направлении.

Электротермический двигатель для осуществления способа, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунки-электрод и подвижный электрод, движение которого обеспечивает подающий механизм.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения электрическим разрядом подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, при этом образуется искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в противоположном заданном направлении. Вариант.

Электротермический двигатель для осуществления способа включает корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи и движение двигателя в противоположном заданном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

Для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов с противоположной задней стороны оболочки двигателя может быть установлена насадка-сопло.

Использование вещества для осуществления электротермическим двигателем способа создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, где рабочим телом является взрывчатое вещество - вода или электропроводная жидкость, основой которой есть взрывчатое вещество (вода - смесь взрывчатого вещества с водой в виде раствора, эмульсии ), далее рабочее тело.

Возможно применение насадки, которая использует отработанные газообразные продукты отраженной детонационной волны двигателя для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов. Основным обязательным элементом устройства насадки может быть камера сгорания с соплом или только насадка-сопло, характеризуемая процессами горения и которая относится к известным двигателям внутреннего сгорания, МПК F02 , F02K 7/00.

Литература. Володин В.А. «Конструкции и проектирование ракетных двигателей. Машиностроение, 1971 г., гл. 1, 5, 18».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 - схема электротермического двигателя и направленное формирование осевой кумулятивной струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

На фиг.2 - схема электротермического двигателя с насадкой-сопло и направленное параллельное осевое движение струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

(Фиг.1). Электротермический двигатель, включающий корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной глухой стенкой в виде камеры взрывов 2 с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыскивания рабочего тела и подвижный электрод 4, двигающийся при помощи подающего механизма 5, плазма дугового разряда со взрывом 6, реактивная тяга двигателя 7 отраженной детонационной волны с кумулятивным эффектом 8, энергоустановка 9.

(Фиг.2). Электротермический двигатель включает корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной камерой взрывов 2, выполненной из глухой стенки с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыска через нее рабочего тела и неподвижный электрод 4, искровой разряд со взрывом 5, реактивная тяга двигателя 6 отраженной детонационной волны с параллельным движением струи 7, магнитогидродинамический генератор 8, вспомогательное оборудование двигателя 9.

С противоположной задней стороны оболочки двигателя 1 может быть закреплена насадка-сопло 10, как указано на фиг.2 для создания дополнительной тяги 11.

Способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны заключается в следующем.

В первом варианте (фиг.1) для осуществления способа создания тяги от электрогенератора подают электрический ток на форсунку-электрод 3 и подвижный электрод 4, движение которого обеспечивает подающий механизм 5, где электрод 4 соприкасается с форсункой-электродом 3, обеспечивая создание дугового разряда 6, где во время образования дугового разряда через форсунку-электрод 3 в середину оболочки дугового разряда под давлением впрыскивают часть потока рабочего тела, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от выемки камеры взрывов 2, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрывов 2 и отражаясь от нее, обеспечит заданное направление формированию кумулятивной струи 8 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 7 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Во втором варианте (фиг.2) для осуществления способа от магнитогидродинамического генератора электроэнергии 8 подается электрический ток на неподвижный электрод 4 и форсунку-электрод 3, через которую под давлением впрыскивается поток рабочего тела, который соединяется с неподвижным электродом 4, в результате возникает искровой разряд 5 с последующим взрывом рабочего тела, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрыва 2, отражаясь от нее, обеспечит заданное направление и параллельное движение струи 7 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 6 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Возможно использование отработанных газообразных продуктов детонации двигателя после выхода из магнитогидродинамического генератора 8, которые поступают в насадку-сопло 10, и истекающие из сопла продукты сгорания создают дополнительную реактивную тягу 11. Электротермический двигатель с насадкой может обеспечить движение воздушного и космического транспортного средства, на котором он установлен.

Электротермический двигатель без насадки может обеспечить движение любого транспортного средства, на каком он установлен, в различных средах.

Источники информации

«Химия», 1962, 1973, 1981. В.В.Некрасов.

«Химия и технология бризантных взрывчатых веществ». 1981, Е.Ю.Орлова. «Физика взрыва». 1975. «Наука». Баум Ф.А.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движениие двигателя в заданном направлении.

2. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.1, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой, имеющей определенную форму, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов размещены форсунка-электрод и подвижный электрод, выполненный с возможностью движения при помощи возвратно-поступательного механизма.

3. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, образуя искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в заданном направлении.

4. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.3, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков и движение двигателя в противоположном заданном направлении, и где размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

5. Электротермический двигатель по п.4, в котором для получения дополнительной реактивной тяги в задней части оболочки двигателя дополнительно закреплена насадка-сопло.

www.freepatent.ru

Электротермический ракетный двигатель малой тяги

Изобретение относится, преимущественно, к двигательным системам космических аппаратов. Электротермический ракетный двигатель (1) содержит отсек (20) нагрева, через который пропускается текучая рабочая среда (4) перед ее выбросом из сопла (8). Нагрев среды может осуществляться омическим или электродуговым способом. Кроме того, на космическом аппарате предусмотрен источник (22) электроэнергии, содержащий фотогальванические элементы (24), установленные на теплообменнике (10). Через этот теплообменник пропускается текучая рабочая среда (4) перед тем, как попасть в блок (20) нагрева. Источник (22) преимущественно содержит концентратор (28), направляющий солнечный свет на фотогальванические элементы (24). Выделяющееся на элементах (24) тепло передается рабочей среде (4). Технический результат изобретения состоит в улучшении энергетических показателей двигательной системы путем ее рационального объединения с системой энергопитания космического аппарата. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к электротермическому ракетному двигателю малой тяги, содержащему, как известно, отсек нагрева, предназначенный для нагрева рабочей текучей среды для увеличения ее скорости истечения.

Изобретение, в частности, предназначено для применения в области двигательных систем космических аппаратов, таких как космические транспортные модули, но, однако, никоим образом не ограничивается этим вариантом применения.

Уровень техники

Как указано выше, в известных электротермических ракетных двигателях малой тяги (омический ракетный двигатель, электродуговой ракетный двигатель) используется электричество для нагрева рабочей текучей среды, такой как водород, аммиак или любой другой соответствующей текучей среды, для получения нагретой сжатой рабочей текучей среды, что обеспечивает ее повышенную скорость истечения.

Электротермические ракетные двигатели малой тяги, типа омического ракетного двигателя и электродугового ракетного двигателя, известны в предшествующем уровне техники, причем первый из них имеет отсек нагрева, в котором используется нить нагрева, через которую пропускают рабочую текучую среду, в то время как во втором типе предусмотрен отсек нагрева, в котором рабочую текучую среду нагревают путем пропускания ее через электрическую дугу.

В обоих случаях бортовой источник электроэнергии, обеспечивающий питание отсека нагрева, обычно является сложным и обычно является причиной низкой суммарной полезной работы узла электротермического ракетного двигателя малой тяги.

Раскрытие изобретения

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в разработке электротермического ракетного двигателя малой тяги, конструкция которого обеспечивает его улучшенную суммарную полезную работу по сравнению с полезной работой в вариантах выполнения двигателя предшествующего уровня техники.

С этой целью объектом настоящего изобретения является электротермический ракетный двигатель малой тяги, содержащий отсек нагрева, снабженный источником электроэнергии, через который требуется пропускать рабочую текучую среду для нагрева этой рабочей среды перед ее выпуском. В соответствии с изобретением такой источник электроэнергии содержит фотогальванические элементы, установленные на теплообменнике, через который пропускают рабочую текучую среду прежде, чем она попадает в отсек нагрева.

Предпочтительно, в электротермическом ракетном двигателе малой тяги, в соответствии с изобретением, теплообменник, соединенный с фотогальваническими элементами, обеспечивает возможность нагрева этих элементов, установленных на нем, и, следовательно, обеспечивает удовлетворительную выработку электроэнергии этими фотогальваническими элементами в результате регенерирования тепловых потерь. Поэтому, возможность значительного ограничения нагрева элементов позволяет использовать малые площади поверхности фотогальванических элементов, на которых может быть сконцентрировано солнечное излучение, например, с использованием зеркал, в результате чего, однако, не происходит снижение выработки электроэнергии этими элементами. Очевидно, что это явление можно пояснить тем фактом, что солнечные элементы генерируют ток, который пропорционален входному потоку при отсутствии потерь вырабатываемой энергии и вплоть до очень высоких значений концентраций при условии, что температура элементов поддерживается ниже максимальной рабочей температуры.

Кроме того, возможное ограничение пониженной выработки электроэнергии элементами также позволяет в случае необходимости использовать фотогальванические элементы, изготовленные с использованием малозатратной технологии.

Также, поскольку рабочая текучая среда, циркулирующая внутри теплообменника, представляет собой ту же рабочую текучую среду, которую пропускают через отсек нагрева перед выпуском ее из ракетного двигателя малой тяги, следует понимать, что эта рабочая текучая среда, таким образом, предпочтительно, будет предварительно подогрета в теплообменнике прежде, чем она поступит в отсек нагрева также называемый "камерой".

Поэтому, учитывая приведенное выше, будет понятно, что суммарная полезная работа электротермического ракетного двигателя малой тяги может быть существенно улучшена по сравнению с полезной работой двигателей, известных из уровня техники.

Кроме того, в случаях, когда ракетный двигатель малой тяги в соответствии с изобретением представляет собой омический ракетный двигатель или электродуговой ракетный двигатель, получаемая суммарная полезная работа может быть идентичной и аналогичной наблюдаемой в солнечных тепловых ракетных двигателях малой тяги, известных из уровня техники, причем в таких ракетных двигателях малой тяги не требуется использовать дорогостоящие сложные узлы, типа приемника - теплообменника - аккумулятора, технология которых не достаточно разработана.

Как указано выше, для получения электроэнергии, обеспечивающей потребность в электричестве отсека нагрева, предпочтительно, чтобы источник электроэнергии также содержал концентратор солнечного света, соединенный с фотогальваническими элементами, причем этот концентратор зеркального типа, предпочтительно, выполнен в форме надувной структуры.

Предпочтительно, фотогальванические элементы установлены на внешней поверхности теплообменника, предпочтительно, путем соединения с ним.

Другие преимущества и характеристики изобретения будут понятны из следующего, не ограничивающего описания, приведенного ниже.

Краткое описание чертежей

Описание будет приведено со ссылкой на один чертеж, схематично представляющий вид сбоку электротермического ракетного двигателя малой тяги в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

На единственном чертеже схематично представлен электротермический ракетный двигатель 1 малой тяги, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения, причем этот ракетный двигатель 1 малой тяги может быть как типа омического ракетного двигателя, так и типа электродугового ракетного двигателя.

Ракетный двигатель 1 малой тяги, прежде всего, содержит резервуар 2 с рабочей текучей средой или проперголем 4, причем такая рабочая текучая среда должна быть пропущена через ракетный двигатель 1 малой тяги в основном направлении потока рабочей текучей среды, представленном стрелкой 6, после чего она будет выпущена через выходное сопло 8, которое формирует выходную часть ракетного двигателя 1 малой тяги.

Резервуар 2 подключен после теплообменника 10, а более конкретно, к переднему его соединителю 12, который представляет его часть и предназначен для направления рабочей текучей среды 4 в направлении центрального участка 14 теплообменника 10. В связи с этим следует отметить, что теплообменник 10, фактически может быть сформирован из двух реверсивных теплообменников для достижения максимальной однородности температуры внешней поверхности 16 центрального участка 14 теплообменника. Такой центральный участок 14 теплообменника, предпочтительно, изготовлен из материала с переменным промежутком между петлями и может включать или может не включать в себя слой материала с высокой проводимостью для выравнивания температуры, воспринимаемой фотогальваническими элементами, которые, как будет более подробно описано ниже, установлены на внешней поверхности 16. В качестве иллюстративного примера центральный участок 14 теплообменника изготовлен так, как описано в документе FR-A-2836690.

Центральный участок 14 теплообменника соединен с выходным коллектором 18 теплообменника 10, причем этот выходной коллектор 18, в свою очередь, подключен к отсеку 20 нагрева ракетного двигателя малой тяги, конструкция которого, как хорошо известно специалистам в данной области техники, зависит от типа рассматриваемого ракетного двигателя малой тяги (омический ракетный двигатель/электродуговой ракетный двигатель).

Рабочая текучая среда 4, такая как водород, аммиак или другая текучая среда, таким образом вытекает через выходной коллектор 18 и попадает в отсек 20 нагрева, прежде чем будет удалена из последнего и будет передана в выпускное сопло 8, из которого ее выпускают из ракетного двигателя 1 малой тяги с очень высокой скоростью.

Одна из особенностей изобретения состоит в том, что бортовой источник электроэнергии, обеспечивающий питание отсека 20 нагрева, содержит фотогальванические элементы 24, установленные на внешней поверхности 16 центрального участка 14 теплообменника 10.

Более точно, фотогальванические элементы 24, называемые солнечными элементами, предпочтительно, установлены в виде множества солнечных панелей 26 или панелей солнечных элементов, соединенных с этой внешней поверхностью 16. Эта последняя поверхность, предпочтительно, выполнена плоской или любой другой формы, которая может быть придана теплообменникам, как известно специалистам в данной области техники. При этом такой теплообменник должен быть сконструирован так, чтобы он поддерживал на внешней поверхности 16 однородную температуру, которая ниже максимальной рабочей температуры элементов 24.

Источник 22 электроэнергии, соединенный с солнечными элементами 24, также содержит концентратор 28 солнечного света, предпочтительно, в форме надувной структуры с зеркалами, в случае необходимости, с линзами Френеля. Концентратор 28 солнечного света такого типа также известен специалистам в данной области техники и установлен так, что он отражает свет в направлении солнечных элементов 24 и таким образом позволяет существенно повысить поток солнечного света, захватываемый этими элементами.

Следует понимать, что в таком электротермическом ракетном двигателе 1 малой тяги рабочая текучая среда 4, циркулирующая через центральный участок 14 теплообменника для теплообменника 10, обеспечивает охлаждение солнечных элементов 24 при выработке ими электроэнергии, которая, таким образом, увеличивается при постоянной полезной работе в то время, как эту же рабочую текучую среду 4 затем можно подавать в отсек 20 нагрева, после ее предварительного нагрева теплом, излучаемым этими солнечными элементами 24.

Очевидно, что специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные модификации в отношении электротермического ракетного двигателя 1 малой тяги, описанного выше в качестве неограничивающего примера.

1. Электротермический ракетный двигатель (1) малой тяги, содержащий отсек (20) нагрева, который снабжен источником (22) электроэнергии и через который требуется пропускать рабочую текучую среду (4) для ее нагрева перед выпуском, отличающийся тем, что указанный источник (22) электроэнергии содержит фотогальванические элементы (24), установленные на теплообменнике (10), через который пропускают указанную рабочую текучую среду (4), прежде чем она достигнет указанного отсека (20) нагрева.

2. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанный источник (22) электроэнергии также содержит концентратор (28) солнечного света, соединенный с указанными фотогальваническими элементами (24).

3. Электротермический ракетный двигатель по п.2, отличающийся тем, что указанный концентратор (28) солнечного света, соединенный с указанными фотогальваническими элементами (24), представляет собой надувную структуру.

4. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанные фотогальванические элементы (24) установлены на внешней поверхности (16) указанного теплообменника (10).

5. Электротермический ракетный двигатель по п.4, отличающийся тем, что указанные солнечные элементы (24) установлены на внешней поверхности (16) путем соединения с ней.

6. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой омический ракетный двигатель.

7. Электротермический ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой электродуговой ракетный двигатель.

www.findpatent.ru

Способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны и электротермический двигатель для его осуществления

Изобретение относится к электротермическим двигателям. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела, и электротермический двигатель для осуществления способа заключаются в использовании рабочего тела, которое представляет собой взрывчатое вещество, в устройстве камеры взрывов и в создании тяги, образуемой путем взрыва рабочего тела и отражении детонационной волны при ударе о поверхности выемки камеры взрывов. Изобретение позволяет обеспечить повышение удельных энергетических и экономических показателей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение предназначено для создания новой области двигателестроения и относится к новому направлению в создании электротермического двигателя - электротермического двигателя внутреннего взрыва, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, и как по величине развиваемой тяги, так и по устройству может быть использован для передвижения любых транспортных средств в различных средах (водной, наземной, воздушной, космической).

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, заключается в способе получения реактивной тяги, образуемой путем возбуждения взрыва взрывчатого вещества - рабочего тела, импульс при отражении детонационной волны с кумулятивным эффектом … от стенки с выемкой определенной формы камеры взрывов. Устройство электротермического двигателя для осуществления вышеуказанного способа, где основным обязательным элементом устройства является камера взрывов с выемкой определенной формы.

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела, как способа создания тяги, устройство двигателя - аналогов не имеет.

Задача изобретения состоит в создании принципиально нового электротермического двигателя, обеспечивающего значительное повышение параметров, удельных экономических и энергетических показателей, величины развиваемой тяги при одновременной простоте устройства и снижении удельной металлоемкости двигателя.

«…Объемная плотность энергии, достигаемая при взрыве взрывчатых веществ, превосходит объемную плотность для обычных горючих в сотни и тысячи раз.

Взрывчатые вещества, способные при взрыве совершать за весьма короткие промежутки времени значительную работу, по эффективности являются до сих пор одним из сильнейших источников энергии…». («Физика взрыва» 1975. «Наука». Баум Ф.А. гл.1-13. §.1.1, 1.2, 1.3…)

Поставленная задача решается тем, что был использован новый способ получения реактивной тяги и устройство двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, где рабочим телом является взрывчатое вещество.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемой процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения тепловым воздействием подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент времени образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности камеры взрывов, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданные осевые формирования кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движения двигателя в противоположном заданном направлении.

Электротермический двигатель для осуществления способа, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунки-электрод и подвижный электрод, движение которого обеспечивает подающий механизм.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения электрическим разрядом подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, при этом образуется искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в противоположном заданном направлении. Вариант.

Электротермический двигатель для осуществления способа включает корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи и движение двигателя в противоположном заданном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

Для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов с противоположной задней стороны оболочки двигателя может быть установлена насадка-сопло.

Использование вещества для осуществления электротермическим двигателем способа создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, где рабочим телом является взрывчатое вещество - вода или электропроводная жидкость, основой которой есть взрывчатое вещество… (вода - смесь взрывчатого вещества с водой в виде раствора, эмульсии…), далее рабочее тело.

Возможно применение насадки, которая использует отработанные газообразные продукты отраженной детонационной волны двигателя для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов. Основным обязательным элементом устройства насадки может быть камера сгорания с соплом или только насадка-сопло, характеризуемая процессами горения и которая относится к известным двигателям внутреннего сгорания, МПК F02…, F02K 7/00.

Литература. Володин В.А. «Конструкции и проектирование ракетных двигателей. Машиностроение, 1971 г., гл. 1, 5, 18».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 - схема электротермического двигателя и направленное формирование осевой кумулятивной струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

На фиг.2 - схема электротермического двигателя с насадкой-сопло и направленное параллельное осевое движение струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

(Фиг.1). Электротермический двигатель, включающий корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной глухой стенкой в виде камеры взрывов 2 с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыскивания рабочего тела и подвижный электрод 4, двигающийся при помощи подающего механизма 5, плазма дугового разряда со взрывом 6, реактивная тяга двигателя 7 отраженной детонационной волны с кумулятивным эффектом 8, энергоустановка 9.

(Фиг.2). Электротермический двигатель включает корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной камерой взрывов 2, выполненной из глухой стенки с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыска через нее рабочего тела и неподвижный электрод 4, искровой разряд со взрывом 5, реактивная тяга двигателя 6 отраженной детонационной волны с параллельным движением струи 7, магнитогидродинамический генератор 8, вспомогательное оборудование двигателя 9.

С противоположной задней стороны оболочки двигателя 1 может быть закреплена насадка-сопло 10, как указано на фиг.2 для создания дополнительной тяги 11.

Способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны заключается в следующем.

В первом варианте (фиг.1) для осуществления способа создания тяги от электрогенератора подают электрический ток на форсунку-электрод 3 и подвижный электрод 4, движение которого обеспечивает подающий механизм 5, где электрод 4 соприкасается с форсункой-электродом 3, обеспечивая создание дугового разряда 6, где во время образования дугового разряда через форсунку-электрод 3 в середину оболочки дугового разряда под давлением впрыскивают часть потока рабочего тела, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от выемки камеры взрывов 2, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрывов 2 и отражаясь от нее, обеспечит заданное направление формированию кумулятивной струи 8 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 7 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Во втором варианте (фиг.2) для осуществления способа от магнитогидродинамического генератора электроэнергии 8 подается электрический ток на неподвижный электрод 4 и форсунку-электрод 3, через которую под давлением впрыскивается поток рабочего тела, который соединяется с неподвижным электродом 4, в результате возникает искровой разряд 5 с последующим взрывом рабочего тела, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрыва 2, отражаясь от нее, обеспечит заданное направление и параллельное движение струи 7 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 6 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Возможно использование отработанных газообразных продуктов детонации двигателя после выхода из магнитогидродинамического генератора 8, которые поступают в насадку-сопло 10, и истекающие из сопла продукты сгорания создают дополнительную реактивную тягу 11. Электротермический двигатель с насадкой может обеспечить движение воздушного и космического транспортного средства, на котором он установлен.

Электротермический двигатель без насадки может обеспечить движение любого транспортного средства, на каком он установлен, в различных средах.

Источники информации

«Химия», 1962, 1973, 1981. В.В.Некрасов.

«Химия и технология бризантных взрывчатых веществ». 1981, Е.Ю.Орлова. «Физика взрыва». 1975. «Наука». Баум Ф.А.

Формула изобретения

1. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движениие двигателя в заданном направлении.

2. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.1, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой, имеющей определенную форму, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов размещены форсунка-электрод и подвижный электрод, выполненный с возможностью движения при помощи возвратно-поступательного механизма.

3. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, образуя искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в заданном направлении.

4. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.3, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков и движение двигателя в противоположном заданном направлении, и где размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

5. Электротермический двигатель по п.4, в котором для получения дополнительной реактивной тяги в задней части оболочки двигателя дополнительно закреплена насадка-сопло.

bankpatentov.ru

Электротермические двигатели : : Художественная литература

Нам уже известно, что одним из способов увеличения эффективности двигателей для космических кораблей является повышение температуры (а значит и скорости) истекающих газов. Но эту температуру можно поднимать не только с помощью химической реакции горения или посредством утилизации энергии радиоактивного распада — другим мощным источником тепла может служить электричество.

Идея электротермического ракетного двигателя обсуждается уже довольно давно. Еще в 1928 году, на самой заре развития реактивной техники, в нашей стране был выдвинут изобретательский проект такого двигателя. По этому проекту через тонкие металлические проволочки или струйки электропроводящей жидкости, находящиеся в камере сгорания, должны пропускаться с заданной частотой кратковременные мощные импульсы электрического тока. Начиная с мая 1929 года, в специально созданной группе электрических и жидкостных ракетных двигателей Газодинамической лабор атории (ГДЛ) в Ленинграде велись теоретические и экспериментальные исследования электротепловых двигателей, использующих явление «электрического взрыва». Работами руководил хорошо нам знакомый Валентин Петрович Глушко.

Однако развитие ракетных двигателей пошло, как известно, по другому направлению, и если электрические методы нагрева и получили некоторое применение в космической технике, то лишь для различных вспомогательных нужд: например, в электрозапальных устройствах, служащих для воспламенения топлива при запуске двигателя.

Интерес к электротермическим двигателям вновь проявился лишь в начале 70-х годов, когда стали очевидны принципиальные ограничения термохимических двигателей в отношении тяги.

В первую очередь вспомнили о схеме ГДЛ. Опыты с подобными двигателями проводились как у нас, так и в за рубежом.

В качестве рабочего вещества применялись проволочки диаметром в 1 миллиметр и длиной примерно 6,5 миллиметра из алюминия, железа, меди, золота, серебра, вольфрама и ряда других металлов. Внезапный разряд батареи конденсаторов, заряженных до напряжения 10–20 киловольт, через эти проволочки вызывал мгновенное возникновение в них тока силой в несколько тысяч ампер, что приводило к взрывному испарению материала проволочек. Как показали измерения, при этом развивалась температура выше 100 000 °C, а скорость истечения превышала 10 000 м/с с возможностью ее увели чения до 50 000 м/с!

Но если «электрический взрыв» представляет собой довольно экзотический метод нагрева, то хорошо известны другие способы, с помощью которых электрический ток используется в технике и быту для нагрева различных веществ.

Создать электротермический двигатель на основе этого физического явления просто: достаточно в камере такого двигателя разместить электрический нагревательный элемент.

Правда, нагрев рабочего вещества будет ограничен допустимой температурой нагревательного элемента примерно так же, как в твердофазном ядерном реакторе, но зато двигатель будет сравнительно простым, небольшим и легким. За рубежом такие двигатели исследуются, они получили там название «резистоджет», что в переводе с английского звучит примерно как «ракетный двигатель на сопротивлении».

Нагревательный элемент «резистоджета» изготовляется из жароупорного металла (обычно из вольфрама, рения или их сплавов) и может нагреваться до 2650–2750°К. При удачной конструкции двигателя температура рабочего вещества лишь немногим меньше этой. Выгоднее всего, конечно, применять в качестве рабочего вещества водород, но используются также аммиак и другие вещества В случае водорода скорость истечения может достигать 10 000-11 000 м/с.

Один из двигателей типа «резистоджет» с многотрубчатым вольфрамовым теплообменником был разработан американской фирмой «Марквардт» («Marquardt») для использования в системах ориентации и стабилизации космических летательных аппаратов, в частности обитаемой орбитальной лаборатории «MORL», конструкцию которой мы обсуждали в главе 17. Электрическая мощность этого двигателя равна 3 кВт, концентрические трубки вольфрамового теплообменника имеют толщину всего ОД миллиметра. В ходе 25-часовых испытаний двигателя была получена скорость истечения 8400 м/с при к. п. д. 79 % и тяге двигателя 66,5 грамма. По другому предложению фирмы, на этой же орбитальной лаборатории могут быть установлены 1624 двигателя «резистоджет» тягой по 4,5 грамма, рабочим веществом для которых должны служить отходы жизнедеятельности космонавтов!

Двигатель подобного типа был установлен на спутнике «ATS-B», выведенном на орбиту в декабре 1966 года. А в июле и ноябре 1967 года были выведены на орбиту экспериментальные спутники «LES» и «ATS-3», также оборудованные двигателями типа «резистоджет».

Сообщается и о ряде других экспериментальных электротермических двигателей: мощностью 30 кВт при скорости истечения 8600 м/с, мощностью 10 Вт с тягой порядка 0,5 грамма и так далее.

Первый из двигателей «резистоджет» нашел применение в космосе в системе ориентации военного спутника «Вела-3», запущенного в июле 1965 года. Мощность этого двигателя равна 90 Вт, тяга — 19 граммов. 19 сентября 1965 года с его помощью был осуществлен первый маневр в космосе.

В мае 1967 года двигатель «резистоджет» с тремя соплами обеспечивал ориентацию и маневрирование усовершенствованного спутника «Вела»; два таких спутника были запущены за месяц до этого, на каждом из них был установлен многосопловой двигатель «резистоджет» тягой каждого сопла 8,5 грамма. Двигатель весом 150 граммов работал на азоте.

Другой двигатель (фирмы «Дженерал Электрик») пульсирующего типа тягой 0,225 грамма прошел в 19661967 годы испытания в течение более 10 000 часов.

загрузка...

www.ngebooks.com

Способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны и электротермический двигатель для его осуществления

Изобретение относится к электротермическим двигателям. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела, и электротермический двигатель для осуществления способа заключаются в использовании рабочего тела, которое представляет собой взрывчатое вещество, в устройстве камеры взрывов и в создании тяги, образуемой путем взрыва рабочего тела и отражении детонационной волны при ударе о поверхности выемки камеры взрывов. Изобретение позволяет обеспечить повышение удельных энергетических и экономических показателей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение предназначено для создания новой области двигателестроения и относится к новому направлению в создании электротермического двигателя - электротермического двигателя внутреннего взрыва, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, и как по величине развиваемой тяги, так и по устройству может быть использован для передвижения любых транспортных средств в различных средах (водной, наземной, воздушной, космической).

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, заключается в способе получения реактивной тяги, образуемой путем возбуждения взрыва взрывчатого вещества - рабочего тела, импульс при отражении детонационной волны с кумулятивным эффектом … от стенки с выемкой определенной формы камеры взрывов. Устройство электротермического двигателя для осуществления вышеуказанного способа, где основным обязательным элементом устройства является камера взрывов с выемкой определенной формы.

Изобретение электротермического двигателя, характеризуемого процессами взрыва и детонации рабочего тела, как способа создания тяги, устройство двигателя - аналогов не имеет.

Задача изобретения состоит в создании принципиально нового электротермического двигателя, обеспечивающего значительное повышение параметров, удельных экономических и энергетических показателей, величины развиваемой тяги при одновременной простоте устройства и снижении удельной металлоемкости двигателя.

«…Объемная плотность энергии, достигаемая при взрыве взрывчатых веществ, превосходит объемную плотность для обычных горючих в сотни и тысячи раз.

Взрывчатые вещества, способные при взрыве совершать за весьма короткие промежутки времени значительную работу, по эффективности являются до сих пор одним из сильнейших источников энергии…». («Физика взрыва» 1975. «Наука». Баум Ф.А. гл.1-13. §.1.1, 1.2, 1.3…)

Поставленная задача решается тем, что был использован новый способ получения реактивной тяги и устройство двигателя, характеризуемое процессами взрыва и детонации, где рабочим телом является взрывчатое вещество.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемой процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения тепловым воздействием подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент времени образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности камеры взрывов, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданные осевые формирования кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движения двигателя в противоположном заданном направлении.

Электротермический двигатель для осуществления способа, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунки-электрод и подвижный электрод, движение которого обеспечивает подающий механизм.

Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором для возбуждения взрывчатого превращения электрическим разрядом подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, при этом образуется искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где в момент времени детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее, обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в противоположном заданном направлении. Вариант.

Электротермический двигатель для осуществления способа включает корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение струи и движение двигателя в противоположном заданном направлении, где в камере взрывов соосно размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

Для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов с противоположной задней стороны оболочки двигателя может быть установлена насадка-сопло.

Использование вещества для осуществления электротермическим двигателем способа создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, где рабочим телом является взрывчатое вещество - вода или электропроводная жидкость, основой которой есть взрывчатое вещество… (вода - смесь взрывчатого вещества с водой в виде раствора, эмульсии…), далее рабочее тело.

Возможно применение насадки, которая использует отработанные газообразные продукты отраженной детонационной волны двигателя для получения дополнительной реактивной тяги истекающих газов. Основным обязательным элементом устройства насадки может быть камера сгорания с соплом или только насадка-сопло, характеризуемая процессами горения и которая относится к известным двигателям внутреннего сгорания, МПК F02…, F02K 7/00.

Литература. Володин В.А. «Конструкции и проектирование ракетных двигателей. Машиностроение, 1971 г., гл. 1, 5, 18».

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 - схема электротермического двигателя и направленное формирование осевой кумулятивной струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

На фиг.2 - схема электротермического двигателя с насадкой-сопло и направленное параллельное осевое движение струи газообразных продуктов отраженной детонационной волны.

(Фиг.1). Электротермический двигатель, включающий корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной глухой стенкой в виде камеры взрывов 2 с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыскивания рабочего тела и подвижный электрод 4, двигающийся при помощи подающего механизма 5, плазма дугового разряда со взрывом 6, реактивная тяга двигателя 7 отраженной детонационной волны с кумулятивным эффектом 8, энергоустановка 9.

(Фиг.2). Электротермический двигатель включает корпус 1, выполненный в виде оболочки, с передней внутренней стороны ограниченной камерой взрывов 2, выполненной из глухой стенки с выемкой определенной формы, в зоне которой соосно размещены форсунка-электрод 3 для впрыска через нее рабочего тела и неподвижный электрод 4, искровой разряд со взрывом 5, реактивная тяга двигателя 6 отраженной детонационной волны с параллельным движением струи 7, магнитогидродинамический генератор 8, вспомогательное оборудование двигателя 9.

С противоположной задней стороны оболочки двигателя 1 может быть закреплена насадка-сопло 10, как указано на фиг.2 для создания дополнительной тяги 11.

Способ получения реактивной тяги отраженной детонационной волны заключается в следующем.

В первом варианте (фиг.1) для осуществления способа создания тяги от электрогенератора подают электрический ток на форсунку-электрод 3 и подвижный электрод 4, движение которого обеспечивает подающий механизм 5, где электрод 4 соприкасается с форсункой-электродом 3, обеспечивая создание дугового разряда 6, где во время образования дугового разряда через форсунку-электрод 3 в середину оболочки дугового разряда под давлением впрыскивают часть потока рабочего тела, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от выемки камеры взрывов 2, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрывов 2 и отражаясь от нее, обеспечит заданное направление формированию кумулятивной струи 8 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 7 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Во втором варианте (фиг.2) для осуществления способа от магнитогидродинамического генератора электроэнергии 8 подается электрический ток на неподвижный электрод 4 и форсунку-электрод 3, через которую под давлением впрыскивается поток рабочего тела, который соединяется с неподвижным электродом 4, в результате возникает искровой разряд 5 с последующим взрывом рабочего тела, где в момент времени детонационная волна при ударе о внутреннюю поверхность выемки камеры взрыва 2, отражаясь от нее, обеспечит заданное направление и параллельное движение струи 7 отраженной детонационной волны и передает камере взрывов 2 с оболочкой двигателя 1 движение в противоположном направлении, создавая реактивную тягу 6 отраженной детонационной волны двигателя 1.

Возможно использование отработанных газообразных продуктов детонации двигателя после выхода из магнитогидродинамического генератора 8, которые поступают в насадку-сопло 10, и истекающие из сопла продукты сгорания создают дополнительную реактивную тягу 11. Электротермический двигатель с насадкой может обеспечить движение воздушного и космического транспортного средства, на котором он установлен.

Электротермический двигатель без насадки может обеспечить движение любого транспортного средства, на каком он установлен, в различных средах.

Источники информации

«Химия», 1962, 1973, 1981. В.В.Некрасов.

«Химия и технология бризантных взрывчатых веществ». 1981, Е.Ю.Орлова. «Физика взрыва». 1975. «Наука». Баум Ф.А.

1. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на форсунку-электрод и подвижный электрод, в момент образования плазмы дугового разряда в ее середину через форсунку-электрод впрыскивают под давлением часть рабочего тела - взрывчатого вещества, которое при мгновенном нагревании взрывается на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движениие двигателя в заданном направлении.

2. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.1, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой, имеющей определенную форму, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое формирование кумулятивной струи и движение двигателя в противоположном направлении, где в камере взрывов размещены форсунка-электрод и подвижный электрод, выполненный с возможностью движения при помощи возвратно-поступательного механизма.

3. Способ создания реактивной тяги отраженной детонационной волны, характеризуемый процессами взрыва и детонации рабочего тела - взрывчатого вещества, в котором подают электрический ток на неподвижный электрод и форсунку-электрод, через которую впрыскивают под давлением поток рабочего тела, который соединяет форсунку-электрод с неподвижным электродом, образуя искровой разряд с последующим взрывом рабочего тела на некотором расстоянии от внутренней поверхности выемки камеры взрывов двигателя, где детонационная волна при ударе о поверхность выемки камеры взрывов и отражаясь от нее обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков - создание реактивной тяги отраженной детонационной волны - движение двигателя в заданном направлении.

4. Электротермический двигатель для осуществления способа по п.3, включающий корпус, выполненный в виде оболочки, ограниченной с передней стороны камерой взрывов в виде глухой стенки с выемкой определенной формы, форма которой при ударе и отражении детонационной волны обеспечивает заданное осевое параллельное движение элементарных потоков и движение двигателя в противоположном заданном направлении, и где размещены форсунка-электрод и неподвижный электрод.

5. Электротермический двигатель по п.4, в котором для получения дополнительной реактивной тяги в задней части оболочки двигателя дополнительно закреплена насадка-сопло.

www.findpatent.ru


Смотрите также