Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое плазменый двигатель

Стационарный плазменный двигатель

Стационарный плазменный двигатель (СПД) — плазменный двигатель, разработанный в опытном конструкторском бюро «Факел» при научном сопровождении ИАЭ им. И.В.Курчатова, МАИ и НИИ ПМЭ. По сути является магнетроном, широко применяемым в промышленности. [ источник не указан 2231 день ]

Содержание

Нейтральный газ ксенон подается через металлический кольцевой анод с отверстиями в двустенную (кольцевую) керамическую газоразрядную камеру, на выходе которой установлен полый газоразрядный (работающий также на ксеноне) катод-компенсатор для эмиссии электронов. В керамической газоразрядной камере внутренний и наружный полюса электромагнита создают радиальное магнитное поле в несколько сотен Гаусс, нарастающее вдоль камеры и быстро спадающее за её пределами. Если между анодом и катодом-компенсатором приложить постоянное напряжение в несколько сотен Вольт, то в газоразрядном канале зажигается разряд и ксенон ионизируется, создавая плазму. Тяжёлые ионы ксенона ускоряются электрическим полем вдоль канала, почти не отклоняясь слабым магнитным полем, и набирают энергию несколько меньшую, чем приложенное напряжение. Электроны же, напротив, не могут свободно перемещаться вдоль канала, поскольку их ларморовский радиус очень мал. Впрочем, из-за коллективных процессов в плазме электроны всё же составляют небольшую часть разрядного тока. Основной же ток разряда переносят ионы ксенона. Поток ускоренных ионов, вылетающих из газоразрядной камеры, создаёт реактивную тягу двигателя. Вместе с ионами из плазменного двигателя уходит равный им по величине поток электронов из катода-компенсатора. [3]

Принцип действия: опытный образец

Работа установки производится следующим образом. Напряжением для конденсатора является зазор между коллектором, проводящим ток, и электродами разрядной камеры. При достижении напряжением величины пробоя, в камере двигателя появляется электроразряд. Воздух там нагревается до десяти тысяч единиц и приобретает плазменное состояние. Давление с резкостью увеличивается, и струя плазмы с огромной скоростью вытекает из сопла.

Ракета, которая соединена с двигателем, получает реактивную силу от струи. Для осуществления мягкого вращения ракета прикрепляется шариковым подшипником и благодаря противовесу уравновешивается.

Читать еще:  Что такое высоконагруженный двигатель

Самым сложным электроузлом является коллектор, подводящий ток. Зазоры между электродами должны быть не более половины миллиметра. Тогда мощность при передаче от конденсатора почти не потеряется, и не будет образовано дополнительное трение, когда ракета начнет вращаться.

Сама ракета и весь плазменный ракетный двигатель могут иметь разные размеры, однако должно соблюдаться соответствие мощности источника и размера конденсатора. Для расчета базовых узлов и конструкции ракеты удобно использовать схему после вычисления по специальным формулам.

Недостатки

Возможно, наиболее серьезной проблемой для жизнеспособности плазменных двигателей является потребность в энергии. Например, двигателю VX-200 требуется 200 кВт электроэнергии для создания тяги 5 Н или 40 кВт / Н. Этому требованию мощности могут соответствовать реакторы деления, но масса реактора (включая системы отвода тепла) может оказаться чрезмерно высокой.

Еще одна проблема — плазменная эрозия. Во время работы плазма может термически разрушать стенки полости двигателя малой тяги и опорной конструкции, что в конечном итоге может привести к отказу системы.

Из-за крайне низкой тяги плазменные двигатели не подходят для запуска на околоземную орбиту. В среднем эти ракеты обеспечивают максимальную тягу около 2 фунтов. Плазменные двигатели очень эффективны в открытом космосе, но ничего не делают, чтобы компенсировать орбитальные расходы химических ракет.

Кто займётся реализацией проекта

Тематикой ЭРД и БПРД в СССР и России на протяжении десятилетий традиционно занимается НИЦ «Курчатовский институт» . В настоящее время научно-лабораторная установка СМОЛА действует в новосибирском Институте ядерной физики сибирского отделения Российской Академии наук ( ИЯФ СО РАН ). Это плазменная ловушка, которая позволит проверить концепцию улучшенного удержания термоядерной плазмы в линейных магнитных системах.

Ученым удалось достичь в ней температуры плазмы в 100 тысяч градусов и добиться её достаточно большой плотности. Установка успешно отработала с параметрами, пригодными для создания ракетного двигателя по типу БПРД. В то же время практическая сторона вопросов разработки и применения нового российского безэлектродного плазменного ракетного двигателя относится к ведению госкорпорации «Роскосмос» . Эта работа будет проводиться под эгидой одной из ведущих структур «Роскосмоса» — холдинга «НПО Энергомаш» , а в его составе — воронежским АО «Конструкторское бюро химавтоматики» (КБХА) .

Читать еще:  Выезд мастера для запуска двигателя

Это мощное научно-производственное объединение осуществляет полный цикл создания жидкостных ракетных двигателей (в том числе для ракет-носителей «Союз-2» и «Ангара»), кислородно-водородных двигателей разгонных блоков, а также кислородно-метановых двигателей для перспективных ракет-носителей. Электроракетными двигателями КБХА занимается с 2010 года. В рамках этого направления уже был изготовлен демонстрационный образец магнитоплазмодинамического двигателя (МПД) мощностью до 10 кВт.

Мирная космическая плазма

Плазменные двигатели для обывателя проходят в настоящее время примерно по той же категории, что и плазменные пушки и плазмоганы, — удивительные фантастические изобретения, предназначенные для защиты рубежей нашей галактики от зелёных человечков и рептилоидов.

Когда люди узнают, что плазменные двигатели в космосе используются с начала семидесятых годов, обычно их удивлению практически нет предела. Наверное, многие просто забыли школьный курс физики и уже не помнят, что плазма — это ионизированный газ, и самый простой способ увидеть её — плазменная лампа, изобретённая ещё Николой Теслой.

В настоящее время одни из самых популярных плазменных ракетных двигателей — это электроракетные двигатели на эффекте Холла. Работает такой двигатель от электрического тока, однако ему требуется и рабочее тело для движения ( вещество, которое ионизируется и отбрасывается через сопло, за счёт чего движется космический аппарат. — Прим.ред.). Например, криптон или ксенон. Сам двигатель состоит из кольцевой камеры между анодом и катодом, вокруг которой расположены магниты. В камеру с одной стороны подаётся рабочее тело, и за счёт разности потенциалов и эффекта Холла, создаваемого магнитной силой, ионы рабочего тела начинают двигаться к другому концу камеры, откуда и происходит истечение плазмы.

На самом деле с определениями конструкторы пока не договорились. Все виды таких двигателей называются ионными, а плазменный двигатель на эффекте Холла — это лишь один из вариантов конструкции электроракетного двигателя, использующего ионизированный газ. С другой стороны, иногда все такие двигатели называют плазменными. В общем, не бойтесь перепутать, вас поймут.

Читать еще:  Двигатель аан не заводиться

Работать такой двигатель может как в космосе, так и в атмосфере. Почему на Земле все до сих пор не летают на скейтах с плазмой? Причина проста: у плазменных двигателей просто ничтожная тяга по сравнению с химическими. На Земле тягу от такого двигателя почти не заметить, а вот в космосе, за счёт отсутствия атмосферы, плазменные двигатели можно использовать. В космосе становятся важны длительность работы такого двигателя и очень невысокий расход рабочего тела.

Некоторые современные образцы ионных двигателей могут работать от десяти до 100 тысяч часов, а у химических двигателей время работы исчисляется десятками минут. При этом ионному двигателю на несколько десятков тысяч часов работы требуется всего несколько центнеров рабочего тела, ну и постоянно получаемое электричество, конечно же. В космосе его вырабатывают или солнечные батареи, или РИТЭГи ( радиоизотопный термоэлектрический генератор).

Правила безопасности при проведении опыта

  1. Запуск проводит один человек. Другие могут стоять в отдалении на расстоянии от одного метра от прибора.
  2. Все операции и касания установки руками можно делать только в том случае, если она отключена от питания, выждав не менее минуты после этого. Тогда конденсатор успеет разрядиться.
  3. Источник питания должен быть расположен в корпусе из металла, закрытом со всех сторон. При работе он заземляется посредством медного провода, диаметр которого должен составлять не менее полутора миллиметров.

Плазменные двигатели для настоящих ракет должны иметь мощность в несколько тысяч раз больше! Может, тем, кто сегодня проводит опыты с маленькими образцами, завтра предстоит открывать новые возможности и свойства плазмы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector