Атмосферный ионный двигатель. Ионный атмосферный двигатель


Атмосферный ионный двигатель | Банк патентов

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в качестве электродвигателя. Технический результат состоит в повышении мощности, уменьшении веса и пожароопасности. Атмосферный ионный двигатель содержит корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку. Новым в двигателе является то, что корпус круглый и цилиндрический, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического вала вращения, вставлен внутрь корпуса. Продольная ось ротора смещена вниз относительно продольной оси корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал. Ротор имеет радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти. Впускная полость через воздушный фильтр соединена с атмосферой, а внутренняя полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся впускной трубой. Каждый электрический ионный насос имеет ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки и подключены через коммутирующие устройства к ядерно-изотопным высоковольтным батареям. Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух. 7 ил.

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя на транспорте и на небольших стационарных и передвижных электростанциях.

Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус с опорной плитой, закрытый крышками, через отверстие одной из которых пропущен вал, клеммовую коробку. Ротор выполнен в форме цилиндрического тела, изготовленного заодно с валом и имеющего радиальные пазы. В пазы вставлены лопасти, имеющие штыри, входящие в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, имеющего в нижней части отверстие, в котором размещен генератор водорода. Он представляет собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками, заполненную кристаллами палладия или другого металла, способного поглощать и выделять водород при охлаждении и нагревании. На изолированную наружную поверхность трубы надеты нагреватели-охладители, соединенные друг с другом последовательно таким образом, что при любом направлении электрического тока одна половина трубы охлаждается, а другая нагревается. Каждый нагреватель-охладитель представляет собой два кольца, соединенные друг с другом боковыми поверхностями и выполненные один из металла, другой из полупроводника и подключенные к клеммам клеммовой коробки. Генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями двигателя. Кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом. /Патент РФ № 2158465, кл. H02K 57/00, F01B 29/00, опубликован 27.10.2000, Бюл. №30/.

Недостатками известного электродвигателя являются: недостаточная мощность, высокая пожарная опасность, высокая стоимость генератора водорода.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Известен также газотурбоионный двигатель, содержащий круглый корпус, газовые турбины, пусковой электродвигатель, понижающий редуктор. Газовые турбины изолированы друг от друга и закреплены на одном валу, один конец которого соединен с валом пускового электродвигателя, а другой связан с ведущей шестерней понижающего редуктора. Турбины соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель, а внутри электрический ионный насос, состоящий из ионизатора, ускоряющей системы и нейтрализатора. Внутренняя полость двигателя заполнена водородом под давлением, которой является рабочим телом. Электрический ионный насос подключен к ядерно-изотопным батареям, каждая из которых содержит металлический корпус, из которого выкачан воздух, внутри которого размещен эмиттер, выполненный из металла, содержащего изотопы радиоактивного металла α- и β-эмиссии. Эмиттер имеет вывод, изолированный от корпуса, а вторым выводом является сам корпус. /Патент РФ №2184256, кл. F02C 6/20, опубликован 27.06.2002, Бюл. №18/.

Известный газотурбоионный двигатель как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.

Недостатками известного газотрубоионного двигателя, принятого за прототип, являются: недостаточная мощность, большой вес, высокая пожароопасность.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией газотурбоионного двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик электродвигателя.

Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что газовые турбины, пусковой электродвигатель и понижающий редуктор замещены ротором, выполненным заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того, впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид атмосферного ионного двигателя, на фиг.2 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди, на фиг.3 - вид на атмосферный ионный двигатель сверху, на фиг.4 - устройство воздушного ультразвукового фильтра, на фиг.5 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди в разрезе, на фиг.6 - схема принципа действия атмосферного ионного двигателя, на фиг.7 - устройство ядерно-изотопной высоковольтной батареи.

Атмосферный ионный двигатель содержит круглый цилиндрический корпус 1 с опорной плитой 2, закрытой передней 3 и задней 4 крышками. В отверстие передней крышки пропущен вал 5, выполненный заодно с ротором 6 в форме цилиндрического тела вращения, вставленным внутрь круглого цилиндрического корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого цилиндрического корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью круглого цилиндрического корпуса. На роторе выполнены радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти 7, внутрь каждой из которых вставлена пружина 8. Впускная полость 9 закрыта боковой крышкой 10, соединенной с впускной трубой 11, оканчивающейся воздушным ультразвуковым фильтром 12. Он содержит цилиндрический корпус 13 с внутренней перегородкой 14, закрытой сверху крышкой 15, установленной на кронштейнах 16 с образованием впускных окон 17, а в нижней части имеющий съемный конический пылесборник 18. В нижней части внутренняя перегородка соединена с излучателем ультразвука 19, который электрически соединен с генератором ультразвука 20, закрепленного на цилиндрическом корпусе фильтра, и источником тока, не показанным на чертеже. Круглый цилиндрический корпус выполнен заодно с корпусами 21 нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, внутренняя полость которых выложена изоляционной керамикой 22, закрытых боковыми крышками 23, соединенными с общей выпускной трубой 24. Внутри каждый электрический ионный насос содержит ионизационную камеру 25, пневматически соединенную с выпускной полостью 26, источник электронов 27, ускоряющий электрод 28, разделительную сетку 29, соленоид закрутки 30, вмонтированный в изоляционную керамику, замедляющий электрод 31 и нейтрализатор 32. /О реактивных двигателях, работающих по принципу электрического ионного насоса см. Н.Н.Боброва, Э.Ф.Богданов, Ю.А.Бочаров и др. - Машиностроение, Терминологический словарь под общей редакцией М.К.Ускова и Э.Ф.Богданова. М.: Машиностроение, 1995, с.151, рис.13и (б)/. Все электроды электрических ионных насосов через коммутирующие устройства 44 подключены к высоковольтным ядерно-изотопным батареям 34, каждая из которых содержит металлический герметично закрытый корпус 35, из которого выкачан воздух, являющийся одним из выводов батареи. Внутри корпуса размещен эмиттер 36, выполненный из металла, содержащего соли радиоактивного элемента α- или β-эмиссии, например стронция (Sr90). Эмиттер имеет выведенный наружу вывод, изолированный из корпуса. Напряжение батареи 360000 вольт. /В.Фильштих, Топливные элементы. Пер. с нем. С.К.Бычковского, Ю.А.Мазитова и др., проф. В.С.Багоцкого. М.: Мир, 1968, с.339, рис.7.2/.

Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

Работа атмосферного ионного двигателя.

После включения ядерно-изотопных батарей 34 посредством коммутирующего устройства 33 в ионизационной камере 25 происходит ударная объемная ионизация атмосферного воздуха и источник электронов 27 создает облако быстро движущихся электронов, которые перемешиваются в объеме соленоидом закрутки 30 и ионизируют атомы атмосферного воздуха. В результате образуются ионы воздуха, которые под действием электрического поля начинают с большой скоростью двигаться в направлении разделительной сетки 23. Далее они проходят через замедляющий электрод 31, где скорость их уменьшается, а достигнув нейтрализатора, 32 ионы воздуха превращаются в нейтральные атомы, продолжая по инерции движение в сторону выпускной трубы 24, подталкиваемые следующей порцией движущихся ионов (Фиг.6). В результате этого в выпускной полости 26 происходит сильное разрежение. Атмосферный воздух начинает давить с силой на полость 7 со стороны впускной полости 9, поворачивая ротор 6 вместе с валом 5. При этом в выпускную полость 26 поступает свежая порция атмосферного воздуха, которая находилась между лопастями 7, и все повторяется сначала. Таким образом происходит непрерывное вращение вала 5 и перемещение атмосферного воздуха из впускной полости 9 в выпускную полость 26.

Перед тем как попасть во впускную полость 9, атмосферный воздух проходит очистку в воздушном ультразвуковом фильтре следующим образом. Через окна 17 атмосферный воздух поступает в правый канал (фг.4) и движется в направлении, показанном стрелками. Достигнув нижней части, он попадает в область действия ультразвукового излучателя 19, питаемого от генератора ультразвука 20. Под действием ультразвука частицы пыли ударяются друг от друга, слипаются в более крупные частицы и при движении по круговой траектории в нижней части корпуса 13 под действием центробежной силы отбрасываются вниз на конусное дно, а чистый атмосферный воздух поднимается верх. Накопившаяся пыль по мере необходимости удаляется через съемную крышку 18. Регулирование частоты вращения вала 5 двигателя осуществляется путем подключения или отключения одного-двух электрических ионных насосов. Чем больше электрических ионных насосов работает, тем больше разрежение в выпускной полости 26 и тем больше сила давления на лопасти 7 и соответственно больше мощность на валу 5, вращение которого осуществляется только в одну сторону. Для остановки атмосферного ионного давления необходимо постепенно или сразу отключить коммутирующими устройствами 33 ядерно-изотопные батареи 34. Ударная объемная ионизация прекратится и двигатель остановится.

Предлагаемый атмосферный ионный двигатель может быть использован на транспорте, а также для привода генератора электрического тока на передвижных электростанциях или в жилых домах, дачах, коттеджах в качестве автономного источника тока.

Положительный эффект: более высокая мощность на валу, более высокая пожаробезопасность, расширенная область применения.

Формула изобретения

Атмосферный ионный двигатель, содержащий корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку, отличающийся тем, что корпус изготовлен круглым и цилиндрическим, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

bankpatentov.ru

Ионный двигатель, работающий на атмосферных газах |

В России разрабатывается ионный двигатель, работающий на атмосферных газах

Московский авиационный институт предложил новые разработки в области создания высокочастотных ионных двигателей. Свежая новость на тему науки, космонавтики и экологии.

Московский авиационный институт (МАИ) разрабатывает новые технологии для производства ионных двигателей высокой частоты, функционирующих исключительно на атмосферном газу. Представители института рассказали СМИ, что данное направление космонавтики является наиболее перспективным, поскольку позволяет за небольшие деньги отправлять в космос спутники малой массы, создаваемые для удалённого зондирования Земли. Полёт у этих спутников осуществляется на расстоянии от 350 до 750 км над поверхностью планеты.

Электодвигатель асинхронный Украина – это универсальные двигатели, они широко используются в промышленности и инструменто-строении и других сферах.

Занижение орбиты для удалённого зондирования может существенно увеличить эффективность исследований, но влечёт и к возникновению различных дополнительных проблем. Поскольку на низкой высоте возрастает атмосферная плотность, аэродинамическое сопротивление на спутник усиливается. В результате этого его крайне сложно контролировать. Электроракетный двигатель (ЭРД) используется для корректировки движения, а в роли рабочего тела выступает инертный газ. Этот газ является очень редким, стоит дорого, а для его использованию в жертву приносится часть массы аппарата. Следовательно, работа с ЭРД на минимальной высоте не выглядит эффективной.

В качестве альтернативы может использоваться ЭРД, основанный на атмосферных газах, собираемых из окружающей среды (включая кислород и азот). Эксперты из МАИ успели провести несколько экспериментов, но исключительно в лабораторных условиях. Производилась имитация использования двигателя на контролируемой высоте в 200-250 км. Результаты оказались весьма обнадёживающими, хотя до тестов реальных космических аппаратов ещё пройдёт какое-то время. Среди проблем ЭРД на атмосферном газу указывается необходимость тщательно подобрать эффективный катод, работающий с биологическими атмосферными газами. Российским исследователям удалось создать образец подобной конструкции. О выводе проекта в стадию практических тестов информации пока не поступало.

Источник: obri.com.ua

Рекомендуем прочесть:

www.solar-battery.com.ua

Атмосферный ионный двигатель

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в качестве электродвигателя. Технический результат состоит в повышении мощности, уменьшении веса и пожароопасности. Атмосферный ионный двигатель содержит корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку. Новым в двигателе является то, что корпус круглый и цилиндрический, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического вала вращения, вставлен внутрь корпуса. Продольная ось ротора смещена вниз относительно продольной оси корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал. Ротор имеет радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти. Впускная полость через воздушный фильтр соединена с атмосферой, а внутренняя полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся впускной трубой. Каждый электрический ионный насос имеет ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки и подключены через коммутирующие устройства к ядерно-изотопным высоковольтным батареям. Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух. 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя на транспорте и на небольших стационарных и передвижных электростанциях.

Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус с опорной плитой, закрытый крышками, через отверстие одной из которых пропущен вал, клеммовую коробку. Ротор выполнен в форме цилиндрического тела, изготовленного заодно с валом и имеющего радиальные пазы. В пазы вставлены лопасти, имеющие штыри, входящие в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, имеющего в нижней части отверстие, в котором размещен генератор водорода. Он представляет собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками, заполненную кристаллами палладия или другого металла, способного поглощать и выделять водород при охлаждении и нагревании. На изолированную наружную поверхность трубы надеты нагреватели-охладители, соединенные друг с другом последовательно таким образом, что при любом направлении электрического тока одна половина трубы охлаждается, а другая нагревается. Каждый нагреватель-охладитель представляет собой два кольца, соединенные друг с другом боковыми поверхностями и выполненные один из металла, другой из полупроводника и подключенные к клеммам клеммовой коробки. Генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями двигателя. Кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом. /Патент РФ № 2158465, кл. H02K 57/00, F01B 29/00, опубликован 27.10.2000, Бюл. №30/.

Недостатками известного электродвигателя являются: недостаточная мощность, высокая пожарная опасность, высокая стоимость генератора водорода.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.

Известен также газотурбоионный двигатель, содержащий круглый корпус, газовые турбины, пусковой электродвигатель, понижающий редуктор. Газовые турбины изолированы друг от друга и закреплены на одном валу, один конец которого соединен с валом пускового электродвигателя, а другой связан с ведущей шестерней понижающего редуктора. Турбины соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель, а внутри электрический ионный насос, состоящий из ионизатора, ускоряющей системы и нейтрализатора. Внутренняя полость двигателя заполнена водородом под давлением, которой является рабочим телом. Электрический ионный насос подключен к ядерно-изотопным батареям, каждая из которых содержит металлический корпус, из которого выкачан воздух, внутри которого размещен эмиттер, выполненный из металла, содержащего изотопы радиоактивного металла α- и β-эмиссии. Эмиттер имеет вывод, изолированный от корпуса, а вторым выводом является сам корпус. /Патент РФ №2184256, кл. F02C 6/20, опубликован 27.06.2002, Бюл. №18/.

Известный газотурбоионный двигатель как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.

Недостатками известного газотрубоионного двигателя, принятого за прототип, являются: недостаточная мощность, большой вес, высокая пожароопасность.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией газотурбоионного двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик электродвигателя.

Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что газовые турбины, пусковой электродвигатель и понижающий редуктор замещены ротором, выполненным заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того, впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид атмосферного ионного двигателя, на фиг.2 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди, на фиг.3 - вид на атмосферный ионный двигатель сверху, на фиг.4 - устройство воздушного ультразвукового фильтра, на фиг.5 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди в разрезе, на фиг.6 - схема принципа действия атмосферного ионного двигателя, на фиг.7 - устройство ядерно-изотопной высоковольтной батареи.

Атмосферный ионный двигатель содержит круглый цилиндрический корпус 1 с опорной плитой 2, закрытой передней 3 и задней 4 крышками. В отверстие передней крышки пропущен вал 5, выполненный заодно с ротором 6 в форме цилиндрического тела вращения, вставленным внутрь круглого цилиндрического корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого цилиндрического корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью круглого цилиндрического корпуса. На роторе выполнены радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти 7, внутрь каждой из которых вставлена пружина 8. Впускная полость 9 закрыта боковой крышкой 10, соединенной с впускной трубой 11, оканчивающейся воздушным ультразвуковым фильтром 12. Он содержит цилиндрический корпус 13 с внутренней перегородкой 14, закрытой сверху крышкой 15, установленной на кронштейнах 16 с образованием впускных окон 17, а в нижней части имеющий съемный конический пылесборник 18. В нижней части внутренняя перегородка соединена с излучателем ультразвука 19, который электрически соединен с генератором ультразвука 20, закрепленного на цилиндрическом корпусе фильтра, и источником тока, не показанным на чертеже. Круглый цилиндрический корпус выполнен заодно с корпусами 21 нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, внутренняя полость которых выложена изоляционной керамикой 22, закрытых боковыми крышками 23, соединенными с общей выпускной трубой 24. Внутри каждый электрический ионный насос содержит ионизационную камеру 25, пневматически соединенную с выпускной полостью 26, источник электронов 27, ускоряющий электрод 28, разделительную сетку 29, соленоид закрутки 30, вмонтированный в изоляционную керамику, замедляющий электрод 31 и нейтрализатор 32. /О реактивных двигателях, работающих по принципу электрического ионного насоса см. Н.Н.Боброва, Э.Ф.Богданов, Ю.А.Бочаров и др. - Машиностроение, Терминологический словарь под общей редакцией М.К.Ускова и Э.Ф.Богданова. М.: Машиностроение, 1995, с.151, рис.13и (б)/. Все электроды электрических ионных насосов через коммутирующие устройства 44 подключены к высоковольтным ядерно-изотопным батареям 34, каждая из которых содержит металлический герметично закрытый корпус 35, из которого выкачан воздух, являющийся одним из выводов батареи. Внутри корпуса размещен эмиттер 36, выполненный из металла, содержащего соли радиоактивного элемента α- или β-эмиссии, например стронция (Sr90). Эмиттер имеет выведенный наружу вывод, изолированный из корпуса. Напряжение батареи 360000 вольт. /В.Фильштих, Топливные элементы. Пер. с нем. С.К.Бычковского, Ю.А.Мазитова и др., проф. В.С.Багоцкого. М.: Мир, 1968, с.339, рис.7.2/.

Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

Работа атмосферного ионного двигателя.

После включения ядерно-изотопных батарей 34 посредством коммутирующего устройства 33 в ионизационной камере 25 происходит ударная объемная ионизация атмосферного воздуха и источник электронов 27 создает облако быстро движущихся электронов, которые перемешиваются в объеме соленоидом закрутки 30 и ионизируют атомы атмосферного воздуха. В результате образуются ионы воздуха, которые под действием электрического поля начинают с большой скоростью двигаться в направлении разделительной сетки 23. Далее они проходят через замедляющий электрод 31, где скорость их уменьшается, а достигнув нейтрализатора, 32 ионы воздуха превращаются в нейтральные атомы, продолжая по инерции движение в сторону выпускной трубы 24, подталкиваемые следующей порцией движущихся ионов (Фиг.6). В результате этого в выпускной полости 26 происходит сильное разрежение. Атмосферный воздух начинает давить с силой на полость 7 со стороны впускной полости 9, поворачивая ротор 6 вместе с валом 5. При этом в выпускную полость 26 поступает свежая порция атмосферного воздуха, которая находилась между лопастями 7, и все повторяется сначала. Таким образом происходит непрерывное вращение вала 5 и перемещение атмосферного воздуха из впускной полости 9 в выпускную полость 26.

Перед тем как попасть во впускную полость 9, атмосферный воздух проходит очистку в воздушном ультразвуковом фильтре следующим образом. Через окна 17 атмосферный воздух поступает в правый канал (фг.4) и движется в направлении, показанном стрелками. Достигнув нижней части, он попадает в область действия ультразвукового излучателя 19, питаемого от генератора ультразвука 20. Под действием ультразвука частицы пыли ударяются друг от друга, слипаются в более крупные частицы и при движении по круговой траектории в нижней части корпуса 13 под действием центробежной силы отбрасываются вниз на конусное дно, а чистый атмосферный воздух поднимается верх. Накопившаяся пыль по мере необходимости удаляется через съемную крышку 18. Регулирование частоты вращения вала 5 двигателя осуществляется путем подключения или отключения одного-двух электрических ионных насосов. Чем больше электрических ионных насосов работает, тем больше разрежение в выпускной полости 26 и тем больше сила давления на лопасти 7 и соответственно больше мощность на валу 5, вращение которого осуществляется только в одну сторону. Для остановки атмосферного ионного давления необходимо постепенно или сразу отключить коммутирующими устройствами 33 ядерно-изотопные батареи 34. Ударная объемная ионизация прекратится и двигатель остановится.

Предлагаемый атмосферный ионный двигатель может быть использован на транспорте, а также для привода генератора электрического тока на передвижных электростанциях или в жилых домах, дачах, коттеджах в качестве автономного источника тока.

Положительный эффект: более высокая мощность на валу, более высокая пожаробезопасность, расширенная область применения.

Атмосферный ионный двигатель, содержащий корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку, отличающийся тем, что корпус изготовлен круглым и цилиндрическим, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.

moypatent.ru

В России создаётся ионный двигатель на атмосферных газах

Московский авиационный институт (МАИ) изучает возможность разработки высокочастотного ионного двигателя, работающего на атмосферных газах. Отмечается, что перспективным направлением развития космической отрасли является создание спутников малой массы, предназначенных, в частности, для дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Высоты солнечно-синхронных орбит, характерных для таких аппаратов, колеблются от 300 до 700 км. Снижение высоты орбиты повысит эффективность спутников ДЗЗ, но при этом возникает проблема. Дело в том, что с уменьшением высоты над поверхностью Земли плотность атмосферы возрастает, и спутник испытывает значительное аэродинамическое сопротивление. Для коррекции параметров движения спутника служит электроракетный двигатель (ЭРД). В качестве рабочего тела в такой установке чаще всего используется ксенон — инертный газ, запасённый на борту космического летательного аппарата в необходимом количестве. Это редкий газ, и стоимость его производства достаточно высока. К тому же на рабочее тело должна отводиться значительная доля массы аппарата. Поэтому использование классического ЭРД на небольших высотах представляется крайне малоэффективным. Альтернативой является концепция ЭРД, работающего на атмосферных газах, забираемых из внешней среды (азот, кислород и их композиции). Специалисты МАИ уже проводят эксперименты на лабораторном образце такой установки, имитирующие условия работы двигателя на высотах от 200 до 250 км.

Одной из проблем новой схемы является выбор наиболее эффективного катода, способного работать с химически активными газами атмосферы. Российские учёные разработали конструкцию лабораторного образца такого устройства на базе высокочастотного разряда.

О возможных сроках практической реализации проекта ничего не сообщается.

spacebestnews.blogspot.com

Ионный двигатель

Испытания ионного двигателя на ксеноне

Ионный двигатель NSTAR американской АМС Deep Space 1

Ионный двигатель - разновидность электрического ракетного двигателя, рабочим телом которого является ионизированный газ ( ксенон, цезий и др.).

Принцип действия

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, возможно разогнать ионы до очень высоких скоростей (свыше 210 км / с по сравнению с 3-4,5 км / с в химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расходы реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.

Источником ионов является газ, обычно аргон или водород. Бак с газом располагается в передней части двигателя, оттуда газ поступает в отсека ионизации, где образуется холодная плазма, что разогревается в следующем отсеке ионным циклотронным резонансным нагревом. После нагревания высокоэнергетическая плазма поступает к магнитному сопла, где магнитным полем формируется поток, разгоняется и выбрасывается наружу - образуется тяга.

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях - очень слабая тяга (десятые доли ньютона). Невозможно использовать ионный двигатель для старта с планеты, но в открытом космосе при достаточно долгой работе двигателя возможно разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим существующим видам двигателей.

В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому уже сейчас для этого иногда используются ядерные установки.

История

Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время.

1960 года в США в NASA Lewis Research Center создали первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель. 1964 состоялась первая успешная суборбитальных демонстрация ионного двигателя (SERT I), тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе.

1970 состоялось испытание длительной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 1970-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР как навигационные двигатели (двигатели СПД-60 использовались в 1970-х годах на спутниках "Метеор", СПД-70 на спутниках "Космос" и "Луч" в 1980-х, СПД-100 на нескольких спутниках в 1990-х).

Как основной (маршевый) ионный двигатель впервые применен на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя состоялся 10 ноября 1998 года). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003 года.

Следующим аппаратом NASA, который должен маршевый ионный двигатель, стал (после нескольких заморозкам и обновлений работы) АМС Dawn, который стартовал 27 сентября 2007 года. Dawn предназначается для изучения Вести и Цереры, и имеет три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1.

Европейское космическое агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущена 17 марта 2009 года на над-низкую околоземную орбиту высотой примерно 260 км. Ионный двигатель создает в постоянном режиме импульс, компенсируя атмосферный трения и другие негравитационных воздействия на спутник.

ЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианским миссии BepiColombo. Он будет базироваться на двигателе, основанном на Смарт-1, но станет мощным (запуск запланирован 2015 года).

Для проекта НАСА "Прометей" разрабатывается мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагается, что восемь таких двигателей смогут разогнать аппарат до 90 км / с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить в Юпитера 2017 года, однако разработку этого аппарата прекратили 2005 года из-за технических трудностей. По состоянию на начало 2013 года продолжается поиск проще проекта АМС для первого испытания по программе "Прометей".

nado.znate.ru

Россия создаст ионный двигатель на атмосферных газах

Россия намеревается создать инновационный ионный двигатель, который для своей работы будет использовать атмосферные газы. Специалисты МАИ уже приступили к изучению возможности создания подобного устройства.

 

Одним из самых перспективных направлений в развитии космической отрасли считается разработка и создание спутников, имеющих малую массу. Их предназначением будет дистанционное зондирование поверхности планеты. Высота синхронизированных с Солнцем орбит у этих аппаратов будет составлять 300 – 700 километров.

Подобное снижение высоты орбиты, на которой будут работать спутники, резко повышает их эффективность. Но, чтобы достичь этих показателей, учёным необходимо найти решение следующей проблемы. При уменьшении высоты орбиты, намного возрастает плотность земной атмосферы. То есть спутник будет испытывать серьёзное повышение аэродинамического сопротивления.

Для того, чтобы скорректировать параметры условий работы космического аппарата при данном факторе, в настоящее время использую электроракетный двигатель, где в качестве топлива служит инертный газ ксенон. Он относится к категории достаточно редких, и имеет, поэтому, высокую стоимость. Кроме того, для его размещения необходимо увеличение веса и объёма спутника, что делает его неэффективным для использования на малых высотах.

Российские учёные предложили другую концепцию двигателя для спутников, размещаемых на невысоких орбитах. Предполагается, для своей работы он сможет забирать атмосферные газы, находящиеся во внешней среде. Это разнообразные композиции кислорода и азота. Уже создан лабораторный образец и проводятся его испытания в условиях, имитирующих те, которые имеются в космическом пространстве на высоте 200 – 250 километров.

Специалистам МАИ предстоит в своих разработках решить ещё целый ряд проблем, связанных с созданием космического двигателя подобного типа. В первую очередь необходимо выбрать катод, который станет самым эффективным и способным работать с атмосферными газами, отличающимися химической активностью.

Сроки, в течение которых идея нового двигателя для малых спутников может быть воплощена в жизнь, пока не оглашаются.

vistanews.ru