CC BY
46
УДК 629.7.036.74
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ
А. О. Зайцева Научный руководитель - И. В. Трифанов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Для полета космических летательных аппаратов целесообразно использовать не только электрические ракетные двигатели, но и электродинамические двигатели, с целью повышения энергетической эффективности космических летательных аппаратов.
Ключевые слова: электродинамический двигатель, летательный аппарат.
AN ELECTRODYNAMIC MOTOR IN A SPACE AIRCRAFT
A. O. Zaitseva Scientific Supervisor - I. V. Trifanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
For the flight spacecraft, it is advisable to use electric propulsion, and electrodynamics motors, with the aim of improving the energy efficiency of spacecraft.
Keywords: electrodynamics engine, aircraft.
Электродинамические двигатели могут использоваться в космических аппаратах для ускорения и стабилизации его на орбите. Существуют различные методы работы данных аппаратов. Рассмотрим некоторые из них:
Известен (патент RU 2158464) [1] электродинамический двигатель неуравновешенной электродинамической подсистемы поступательного или вращательного движения содержит обмотку (катушку индуктивности), соединенную параллельно с ней емкостью. Причем колебательный контур, образованный индуктивностью и емкостью, находится в резонансе токов. Обмотка двигателя намотана на пластины, которые имеют для этого выступы и отверстия для пропускания проводов обмотки с одной пластины до другой. Кроме того, электродинамический двигатель состоит из равных по мощности половин, которые поворачиваются на валах на 90 и 180°, установленных на поворотном устройстве с осью вращения. Поступательное движение происходит, когда векторы сил обоих двигателей направлены в одну сторону, а вращательное, когда векторы сил направлены в разные стороны. Недостатком изложенного двигателя является потребление энергии вырабатываемой на борту космического аппарата.
Известен также (патент UA 76876 C2) представляют собой камеру в форме полупсевдосферы, внутри которой созданы условия для работы устройств и жизнедеятельности человека, а снаружи, повторяя форму полупсевдосферы, располагается катушка индуктивности с винтовой намоткой, которая с генератором переменного тока и противовесом-заземлением создает антенный резонансный контур [2].
В предлагаемом электродинамическом двигателе космического аппарата используется резонансное взаимодействие электромагнитного поля, создаваемого в двигателе, и естественного электромагнитного поля Земли. Двигатель содержит антенный резонансный контур, образованной катушкой индуктивности, расположенной снаружи корпуса космического аппарата, и противовесом антенны, соединенным с корпусом (рис.1). Недостатком такого электродинамического двигателя является то, что он способен летать на низких орбитах вокруг Земли.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2
Рис. 1. Электродинамический двигатель космического аппарата, функции направляющих выполняются с помощью катушек индуктивности
На рис 2 представлен плазменно-реактивный электродинамический двигатель.
19
Рис. 2. Плазменно-реактивный электродинамический двигатель
Предлагаем плазменно-реактивный электродинамический двигатель, содержащий ускоритель заряженных частиц, взаимозамещаемые диффузор-конфузор (23-24), отличающийся тем, что двигатель включает электродуговой плазмотрон с анодом и катодом (1), управляющие (2) и ускоряющие электроды электрического поля (4), скрещенного с полем электрической дуги плазмотрона, электронные мембраны (3), поляризующиеся электроды (5), соединенные с концами (6) первичной обмотки, резонансные цепи конденсаторов (7), распределители напряжения (10), магнитопровод (12),
на котором выполнены обмотки - первичная (11) со средней точкой (8), соединенной с массой двигателя (9), обмотка катионного напряжения (13), обмотка электрической дуги (14) и токовая обмотка (15), а в зазоре магнитопровода установлен якорь (17), жестко соединенный с корпусом аппарата (18), трехпозиционный переключатель (16), бортовой источник электроэнергии (19), преобразователь напряжения (20) электрической дуги, ускоритель заряженных частиц, состоящий из преобразователя катионного напряжения (21) и электродов ускорителя катионов (22), диафрагмы (25), блок управления диафрагмами (26) и бортовой компьютер (27) с электронной программой управления двигателем, при этом катод электродугового плазмотрона соединен со средней точкой первичной обмотки и массой двигателя, а анод подключен к плюсовой клемме преобразователя напряжения электрической дуги, минусовая клемма которого соединена с массой двигателя, управляющие и ускоряющие электроды скрещенного электрического поля через распределители напряжения подключены к резонансным цепям конденсаторов, настроенным на резонанс токов на рабочей частоте с симметричными плечами первичной обмотки, концы которой соединены с поляризующимися электродами, обмотка катионного напряжения соединена с преобразователем катионного напряжения, плюсовая клемма которого соединена с массой, а минусовая клемма подключена к электродам ускорителя катионов рабочей среды, обмотка электрической дуги подключена к бортовому источнику электроэнергии и к преобразователю напряжения электрической дуги, минусовая клемма которого соединена с массой двигателя, токовая обмотка через трехпозиционный переключатель соединена с якорем, а соответствующие управляющие выходы бортового компьютера соединены с входом управления распределителя напряжения, трехпозиционного переключателя, бортового источника электроэнергии, преобразователя напряжения электрической дуги, преобразователя катионного напряжения и блока управления диафрагмами [3].
В предложенном двигателе электродинамическая энергия вырабатывается путем преобразования энергии электронных пучков в электрический ток, а поток катионов разгоняется до высоких скоростей для создания электрореактивной тяги. Электродинамический двигатель питается электроэнергией, получаемой за счет энергии пучка электронов.
Также предлагается для питания электродинамического двигателя дополнительно использовать энергию солнечных батарей, для того что бы, когда аппарат находился на солнечной стороне, он получал электроэнергию за счет преобразования солнечной энергии, что позволяет меньше затрачивать энергии топлива [4].
Библиографические ссылки
1. Патент UA 76876 C2. Электродинамический движитель космического аппарата / Крюк В. Г.
2. Патент RU 2158464. Электродинамический двигатель / Спешков Б. А.
3. Патент RU 2472964. Плазменно-реактивный электродинамический двигатель / Трифанов И. В., Казьмин Б. Н., Оборина Л. И., Сутягин А. В.
4. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: http://www.findpatent.ru/img_show/ 12250816.html (дата обращения: 31.03.2016).
© Зайцева А. О., 2016
