Sähköinen rakettimoottori (sähköinen käyttövoima)

Sähköinen rakettimoottori (sähköinen käyttövoima).

Sähköinen rakettimoottori (sähköinen käyttövoima) raketti moottori, toimintaperiaate perustuu sähköenergian muuntamiseen hiukkasten suunnatuksi kineettiseksi energiaksi.

Sähköinen käyttövoima, laitteen ydin, toimintaperiaate

Sähkörakettimoottoreiden historia

Luokittelu, sähkökäyttöisten rakettimoottoreiden tyypit ja tyypit


Sähköinen käyttövoima, laitteen ydin, työn periaate:

Sähköinen rakettimoottori (sähköinen käyttövoima, EP) - raketti moottori, toimintaperiaate perustuu sähköenergian muuntamiseen hiukkasten suunnatuksi kineettiseksi energiaksi. Tällaisissa moottoreissa käyttövoiman energialähteenä käytetään sähköenergiaa avaruusaluksen aluksella.

Sähköraketin fysiikasta moottori eroaa muun tyyppisistä rakettimoottoreista - nestemäisestä ja kiinteästä polttoaineesta. Kaksi viimeistä käyttävät kemiallista energiaa.

Kuten tavanomaisessa kemiallisessa rakettimoottorissa, ERD: ssä on myös käyttöneste, joka on yleensä kaasua (argon, ksenoni, ammoniakki, typpeä, hydratsiini, jne.), joskus - neste, nesteen ja kaasun seos, nestemäiset metallit, metallihöyryt ja kiinteät aineet (esimerkiksi., Teflon), ja niiden seokset. Työneste virtaa suuttimesta moottorin ja luo työntövoimaa. Toisin kuin kemiallisten rakettimoottoreiden kierrosluvulla, ERD: n käyttönesteen vanhenemisella on suuri arvo ja se vaihtelee 3 km / s tai enemmän. Täten kaasun tai muun työskentelynesteen hiukkasten nopeuden yläraja on rajoittamaton ja alustavien arvioiden mukaan, on noin 210 km / s. Sähköteho ERD vaihtelee satoista wateista megawatteihin. Tällä hetkellä, sähköraketti moottorit erityyppisiä, jolle on tunnusomaista seuraava työnesteen nopeus on 10 että 60 km / s, sähkövirta 0,8 kW - 7 KW. Tällaisten moottoreiden hyötysuhde on luokkaa 30 että 60%. Kaasun käyttöaine (jos työaine käytti kaasua) varastoidaan nestemäisessä muodossa.

Toisin kuin kemiallinen käyttövoima sähköraketti moottorit on erittäin korkea ominaisimpulssi, josta on kyse 100 km / s tai enemmän. kuitenkin, suuri vaadittu virrankulutus (1-100 kW / N työntövoima) ja alhainen työntövoiman suhde poikkileikkauspinta-alaan (ei enempää kuin 100 kN / m2) rajoittaa suurin mahdollinen työntövoima ERD useita kymmeniä Newton. Sähkörakettimoottoreiden haittana on myös avaruusaluksen pieni kiihtyvyys, mikä on kymmenesosaa tai jopa sadasosaa painovoiman kiihtyvyydestä (g), mikä rajoittaa niiden käyttöä moottorit vain tila. Siksi, laukaista avaruusalus Maa muille planeetoille, on välttämätöntä yhdistää tavanomainen kemiallinen raketti moottorit sähköllä.

ERD-ominaisuudelle pieni koko - luokkaa 0.1 m tai enemmän, ja massa luokkaa useita kg.

Sähkörakettimoottoreiden historia:

Ajatus sähköenergian käytöstä ilmaisi Tsiolkovskyn 1912, on edelleen rakettitekniikan varhaisessa kehityksessä. Artikkelissa “Avaruusrakettilaitteiden tutkimus” (Aeronautics-lehti, Ei. 9, 1912) hän kirjoitti: “… sen avulla sähkö voi antaa laitteesta hiukkasille valtavan nopeuden suihkun…”.

Sisään 1916-1917 R. Goddard vahvisti kokeellisesti tämän idean toteuttamisen toteutettavuuden.

Sisään 1929-1933. V: n johdolla. P. Glushko luotiin yksi ensimmäisistä toiminnassa olevista sähköraketeista moottorit. Myöhemmin, johonkin aikaan, työ ERD: n kehittämiseksi on keskeytetty.

Ne jatkuivat vasta 1950-luvun lopulla - 1960-luvun alussa ja 1980-luvun alussa, Neuvostoliitossa ja Yhdysvalloissa testattiin noin 50 erilaisia ​​raketteja moottorit satelliiteissa ja korkeissa ilmakehän koettimissa.

Tällä hetkellä, ERD: tä käytetään laajalti avaruusajoneuvoissa: kuten satelliiteissa ja planeettojen välisissä avaruusaluksissa.

Luokittelu, sähkökäyttöisten rakettimoottoreiden tyypit ja tyypit:

ERD: n periaatteen mukaan jaetaan kolmeen suureen ryhmään:

- sähköterminen (Elektromagnitnye) raketti moottorit,

sähköstaattinen raketti moottorit,

- sähkömagneettinen raketti moottorit,

joista kukin käsittää useita lajeja.

Jokaiselle moottorityypille käytetään tiettyä väliainetta: kaasu, nestemäinen tai kiinteä.

Sähkötermisessä rakettimoottorissa sähköenergiaa käytetään käyttönestekaasun lämmittämiseen lämpötilaan 1000-5000 K. suuttimesta tuleva kaasu (samanlainen kuin suuttimen kemiallinen raketti moottori) luo työntövoimaa. Tässä moottorissa kaasusuihkun lämpöenergia muutetaan suihkumoottorin suuttimen kineettiseksi energiaksi. Tyypillisesti käyttää Laval-suutinta kaasun kiihdyttämiseen yliäänenopeuteen.

Elektroterminen raketti moottorit jaetaan seuraaviin tyyppeihin: ohminen, sähkökaari, induktio ja sähköräjähtävä.

Sähköstaattisessa rakettimoottorissa samankaltaisten varauksellisten käyttöaineen - kaasun - kiihtyvyys, höyrymetalli, neste tai kiinteä aine suoritetaan suuttimesta tippuvasta sähköstaattisesta kentästä, luoda työntövoimaa.

Kiihdytettyjen hiukkasten ulkonäössä erotetaan ioniset ja kolloidiset ponneaine-rakettimoottorit.

vuonna ionimoottori, varatut hiukkaset ovat positiivisia ioneja. Kolloidimoottorissa - positiivisesti varautunut mikroskooppinen (koko mikrometrin murto-osassa) “kolloidinen” hiukkasia (pisarat, pölyhiukkasia, jne.) että koon ja painon mukaan 4-6 suuruusluokkaa suurempia kuin Joona. Kolloidimoottoreiden käyttöneste on nestemäistä, matalasti sulavaa metallia (gallium, cesium, vismutti , jne.) ja niiden yhteydet.

Sähkömagneettisessa rakettimoottorissa (kutsutaan myös a plasma-rakettimoottori) työntövoima syntyy kiihtyvyydellä sähkömagneettisessa kentässä ampeerien vaikutuksesta työneste - kaasu, nestemäinen, nestemäinen metalli, tai kiinteät aineet (esimerkiksi., polytetrafluorieteeni), muuttuu plasmaksi. Ampeerivoima, joka aiheutuu sähkövirran virtaavan plasman ja magneettikentän vuorovaikutuksesta. Plasma moottori muodostuu tyypillisesti työaineen lämpöionisoinnilla kulkemalla se sähkökaaren palovyöhykkeen läpi (kaari). Ionien pitoisuus kaasussa kasvaa nopeasti lämpötilan kasvaessa ja paineen laskiessa.

Toimintatilassa erottamaan paikallaan olevat ja pulssitetut sähkömagneettiset rakettimoottorit.

Kiinteät sähkömagneettiset rakettimoottorit työskentele jatkuvasti. Heidän lajikkeisiinsa kuuluvat hallimoottorit (moottorit perustuu Hall-efektiin) ja MHD-moottorit.

Pulssiset sähkömagneettiset rakettimoottorit työskentele lyhyiden pulssien tilassa muutaman mikrosekunnin ja muutaman millisekunnin välillä. Muuttamalla moottorin kytkentätaajuutta ja pulssin kestoa, on mahdollista saada mikä tahansa vaadittu arvo koko työntöimpulssista.

Pulssisten sähkömagneettisten rakettimoottoreiden lajikkeet ovat pischevye-moottoreita, liikkuvalla aallolla, ja koaksiaalilinja (bussi, rautatie) moottorit.

Näiden perustyyppien perusteella (luokat) ERD luotu erilaisilla väli- ja hybridivaihtoehdoilla vastaamaan parhaiten tiettyjä sovelluksia.

© Kuva ,