En este caso, se identifican dos indicadores que reflejan el costo de la potencia total al dar servicio al consumidor. Estos indicadores se denominan energía activa y reactiva. La potencia total es la suma de estos dos indicadores. Intentaremos hablar sobre qué es la electricidad activa y reactiva y cómo comprobar el importe de los pagos acumulados en este artículo.
Poder completo
Según la práctica establecida, los consumidores no pagan por la potencia útil que se utiliza directamente en el hogar, sino por la potencia total que les suministra el proveedor. Estos indicadores se distinguen por unidades de medida: la potencia total se mide en voltamperios (VA) y la potencia útil, en kilovatios. Todos los aparatos eléctricos alimentados desde la red utilizan electricidad activa y reactiva.
Electricidad activa
El componente activo de la potencia total realiza un trabajo útil y se convierte en aquellos tipos de energía que el consumidor necesita. Para algunos electrodomésticos e industriales, la potencia activa y aparente coinciden en los cálculos. Entre dichos dispositivos se encuentran estufas eléctricas, lámparas incandescentes, hornos eléctricos, calentadores, planchas, etc.
Si el pasaporte indica una potencia activa de 1 kW, entonces la potencia total de dicho dispositivo será de 1 kVA.
Concepto de electricidad reactiva
Esto es inherente a los circuitos que contienen elementos reactivos. La electricidad reactiva es la parte de la potencia total entrante que no se gasta en trabajo útil.
En los circuitos de CC no existe el concepto de potencia reactiva. En los circuitos, un componente reactivo ocurre solo cuando hay presente una carga inductiva o capacitiva. En este caso, existe un desajuste entre la fase de la corriente y la fase del voltaje. Este cambio de fase entre tensión y corriente se indica con el símbolo “φ”.
Con una carga inductiva, se observa un retraso de fase en el circuito, con una carga capacitiva, la fase avanza. Por lo tanto, solo una parte de la potencia total llega al consumidor y las principales pérdidas se deben al calentamiento inútil de dispositivos e instrumentos durante el funcionamiento.
Las pérdidas de energía se producen debido a la presencia de bobinas inductivas y condensadores en los dispositivos eléctricos. Debido a ellos, la electricidad se acumula en el circuito durante algún tiempo. Después de esto, la energía almacenada se devuelve al circuito. Los dispositivos que contienen un componente reactivo de la electricidad incluyen herramientas eléctricas portátiles, motores eléctricos y diversos electrodomésticos. Este valor se calcula teniendo en cuenta un factor de potencia especial, que se denomina cos φ.
Cálculo de potencia reactiva
El factor de potencia oscila entre 0,5 y 0,9; El valor exacto de este parámetro se puede encontrar en la ficha técnica del dispositivo eléctrico. La potencia aparente debe determinarse como la potencia activa dividida por el factor.
Por ejemplo, si el pasaporte de un taladro eléctrico indica una potencia de 600 W y un valor de 0,6, entonces la potencia total consumida por el dispositivo será 600/06, es decir, 1000 VA. En ausencia de pasaportes para calcular la potencia total del dispositivo, el coeficiente se puede tomar igual a 0,7.
Dado que una de las principales tareas de los sistemas de suministro de energía existentes es entregar energía útil al usuario final, las pérdidas de potencia reactiva se consideran un factor negativo y un aumento en este indicador pone en duda la eficiencia del circuito eléctrico en su conjunto. El equilibrio de potencia activa y reactiva en un circuito se puede visualizar en forma de esta divertida imagen:
El valor del coeficiente al tener en cuenta las pérdidas.
Cuanto mayor sea el valor del factor de potencia, menores serán las pérdidas de electricidad activa, lo que significa que la energía eléctrica consumida le costará un poco menos al consumidor final. Para aumentar el valor de este coeficiente, en ingeniería eléctrica se utilizan diversas técnicas para compensar las pérdidas de electricidad no deseadas. Los dispositivos de compensación son generadores de corriente líderes que suavizan el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje. A veces se utilizan bancos de condensadores con el mismo propósito. Están conectados en paralelo al circuito operativo y se utilizan como compensadores sincrónicos.
Cálculo de costes de electricidad para clientes privados.
Para uso individual, la electricidad activa y reactiva no están separadas en las facturas; en la escala de consumo, la proporción de energía reactiva es pequeña. Por lo tanto, los clientes privados con un consumo de energía de hasta 63 A pagan una factura, en la que toda la electricidad consumida se considera activa. Las pérdidas adicionales en el circuito de electricidad reactiva no se asignan por separado ni se pagan.
Medición de electricidad reactiva para empresas.
Otra cosa son las empresas y organizaciones. En las instalaciones de producción y talleres industriales se instala una gran cantidad de equipos eléctricos, y la electricidad total suministrada contiene una parte importante de la energía reactiva, necesaria para el funcionamiento de las fuentes de alimentación y los motores eléctricos. La electricidad activa y reactiva suministrada a empresas y organizaciones requiere una separación clara y un método de pago diferente. En este caso, la base para regular las relaciones entre la empresa suministradora de electricidad y los consumidores finales es un contrato tipo. De acuerdo con las reglas establecidas en este documento, las organizaciones que consumen electricidad por encima de 63 A necesitan un dispositivo especial que proporcione lecturas de energía reactiva para contabilidad y pago.
La empresa de red instala un contador de electricidad reactiva y carga según sus lecturas.
Factor de energía reactiva
Como se mencionó anteriormente, la electricidad activa y reactiva se resaltan en líneas separadas en las facturas de pago. Si la relación entre los volúmenes de electricidad reactiva y consumida no excede la norma establecida, entonces no se cobra ningún cargo por la energía reactiva. El coeficiente de relación se puede escribir de diferentes formas, su valor promedio es 0,15. Si se excede este valor umbral, se recomienda que la empresa consumidora instale dispositivos de compensación.
Energía reactiva en edificios de apartamentos.
Un consumidor típico de electricidad es un edificio de apartamentos con un fusible principal, que consume electricidad superior a 63 A. Si dicho edificio contiene exclusivamente locales residenciales, no se cobra ningún cargo por la electricidad reactiva. Así, los residentes de un edificio de apartamentos ven en los cargos el pago sólo de la electricidad total suministrada a la casa por el proveedor. La misma regla se aplica a las cooperativas de vivienda.
Casos especiales de medida de potencia reactiva.
Hay casos en que un edificio de varios pisos contiene tanto organizaciones comerciales como apartamentos. El suministro de electricidad a esas casas está regulado por leyes distintas. Por ejemplo, la división puede ser el tamaño del área utilizable. Si en un edificio de apartamentos las organizaciones comerciales ocupan menos de la mitad del espacio utilizable, no se cobran pagos por energía reactiva. Si se supera el porcentaje umbral, surgen obligaciones de pago por la electricidad reactiva.
En algunos casos, los edificios residenciales no están exentos del pago de energía reactiva. Por ejemplo, si un edificio tiene puntos de conexión de ascensores para apartamentos, los cargos por el uso de electricidad reactiva se producen por separado, sólo para este equipo. Los propietarios de apartamentos todavía pagan sólo por la electricidad activa.
Comprender la esencia de la energía activa y reactiva permite calcular correctamente el efecto económico de instalar varios dispositivos de compensación que reducen las pérdidas de cargas reactivas. Según las estadísticas, estos dispositivos permiten aumentar el valor de cos φ de 0,6 a 0,97. Así, los dispositivos de compensación automática ayudan a ahorrar hasta un tercio de la electricidad suministrada al consumidor. Una reducción significativa de las pérdidas de calor aumenta la vida útil de los dispositivos y mecanismos en los sitios de producción y reduce el costo de los productos terminados.
La invención se refiere al campo de los motores a reacción eléctricos (EP) de acción pulsante, utilizando principalmente el método de creación de empuje a reacción mediante detonación electrónica (patente RF No. 2129594, no. 96117878 del 12 de septiembre de 1996, IPC F03H 1/00) .
Un motor a reacción de plasma pulsado de tipo terminal conocido sobre un cuerpo de trabajo sólido es el teflón (un análogo del fluoroplástico) (patente RF No. 2146776, z. No. 98109266 del 14 de mayo de 1998, IPC F03H 1/00) con un componente electrónico predominante. tipo de descarga de detonación (Yu.N Vershinin “Procesos electrónicos-térmicos y de detonación durante la ruptura eléctrica de dieléctricos sólidos”, Rama de los Urales de la Academia de Ciencias de Rusia, Ekaterimburgo, 2000). En estas condiciones, la liberación de un componente predominantemente iónico en los productos de salida se produce cuando la descarga se superpone al espacio de descarga y su posterior neutralización en la fase de arco final de la descarga. Un motor de propulsión eléctrico de este tipo, denominado motor de cohete de detonación electrónica (EDRE) por el tipo de descarga principal, permite obtener parámetros específicos más altos utilizando el fluido de trabajo de teflón. Sin embargo, en un motor de propulsión eléctrico de este tipo, durante el desarrollo de su vida útil, se registran inestabilidades en los procesos de descarga a lo largo de la superficie del fluido de trabajo en forma de haces de plasma a la deriva. Este fenómeno conduce a un arrastre local intensivo del fluido de trabajo desde estas zonas, lo que conduce a una disminución en las características de vida útil del motor de propulsión eléctrica debido a la producción desigual del fluido de trabajo en el espacio de descarga y al bajo nivel de estabilidad de las características de salida. Además, debido a las características específicas del diseño de los sistemas de almacenamiento y suministro del fluido de trabajo en fase sólida, formado principalmente en forma de bloques cilíndricos, sus reservas a bordo están limitadas por las capacidades generales del sistema de propulsión a chorro eléctrico, y la La vida útil de estos motores en términos de impulso de empuje total es insuficiente para muchas tareas de vuelo.
Se conoce un motor a reacción eléctrico de plasma pulsado (patente RF nº 2319039, z. nº 2005102848 del 04.02.2005, IPC F03H 1/00) de tipo lineal, que consta de un ánodo y un cátodo con un espacio de descarga en forma de una superficie de trabajo de un dieléctrico recubierto con una película de líquido o fluido de trabajo similar a un gel. En este caso, en la zona entre el ánodo y el cátodo, se coloca una fuente móvil de suministro de un líquido o fluido de trabajo similar a un gel con posibilidad de movimiento alternativo, que contiene una mecha elástica capilar porosa, cuya sección inicial está en contacto con el fluido de trabajo líquido ubicado en el tanque de combustible.
Teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento del espacio, se utiliza como fluido de trabajo un dieléctrico de fase líquida con una baja presión de vapor saturado, por ejemplo, aceite de vacío o líquidos sintéticos, y la superficie de trabajo de la ranura de descarga está hecha de un material dieléctrico humedecido. por el fluido de trabajo, por ejemplo, cerámica o caprolón.
Un motor de este tipo tiene características más altas en términos de vida útil y facilidad de operación que su análogo (patente RF No. 2146776, z. No. 98109266 del 14 de mayo de 1998, IPC F03H 1/00), sin embargo, las principales características específicas son cercanos entre sí.
El objetivo de la presente invención es crear un motor de detonación electrónica de tipo lineal con mayores características específicas y eficiencia.
El problema se resuelve en un motor a reacción eléctrico de tipo lineal, compuesto por un ánodo y un cátodo conectados a un generador de impulsos de alto voltaje, con un espacio de descarga entre ellos lleno de un fluido de trabajo líquido en forma de película, mediante hacer el ánodo y el cátodo en forma de circuitos magnéticos conectados a una fuente de campo magnético con la orientación de las líneas de campo magnético a lo largo del espacio de descarga, y la fuente del campo magnético está eléctricamente aislada de los electrodos del ánodo y del cátodo haciendo núcleos magnéticos de un material con alta resistencia eléctrica, por ejemplo, ferrita.
Este diseño elimina la derivación eléctrica del espacio de descarga ánodo-cátodo, lo que, a su vez, permite organizar las líneas de campo magnético a lo largo del espacio de descarga de la manera más conveniente posible.
La presencia de líneas de campo magnético a lo largo del espacio de descarga de un motor de propulsión eléctrica pulsada basado en el tipo de descarga de detonación de electrones organiza el movimiento de los electrones del fluido de trabajo no a lo largo de trayectorias rectas (a lo largo del camino más corto), sino a lo largo de trayectorias helicoidales ( A.I. Morozov “Introducción a la plasmodinámica” Fizmatlit, Moscú, 2006), lo que conduce a un aumento adicional de los actos de ionización de los átomos del fluido de trabajo. Como consecuencia, esto conducirá a un aumento del empuje y la eficiencia del sistema de propulsión eléctrica pulsada.
La invención reivindicada está ilustrada en el dibujo. La siguiente figura muestra el diagrama de diseño del motor de propulsión eléctrica propuesto. Su elemento principal es el espacio de descarga 1, que contiene un sistema de dos electrodos consecutivos, 2 - ánodo y 3 - cátodo, hechos de material magnético blando. El fluido de trabajo ingresa al espacio entre electrodos humedeciéndolo a través de una mecha elástica capilar porosa (agente humectante) 4, instalada, por ejemplo, en un carro móvil 5. El movimiento periódico del carro 5 a lo largo del espacio de descarga 1 se lleva a cabo utilizando un accionamiento eléctrico 6. El campo magnético es creado por un imán permanente o electroimán 7, a través de núcleos magnéticos de ferrita 8, va a los electrodos 2 y 3, hechos de material magnético blando, cerrándose a través del espacio de descarga 1 con un sistema de líneas de energía magnética.
Este tipo de propulsión eléctrica funciona de la siguiente manera. Antes del inicio del funcionamiento pulsado del motor de propulsión eléctrica, el sistema de control envía una orden eléctrica que dura varios segundos al accionamiento eléctrico 6 del agente humectante 4 para aplicar una película en fase líquida a la superficie de trabajo 1 en la zona entre electrodos 2 ( ánodo) - 3 (cátodo). El sistema para suministrar fluido de trabajo líquido desde el tanque al agente humectante no se muestra, ya que es parte integral del sistema de propulsión a chorro eléctrico. Si se utiliza un electroimán 7 como fuente de campo magnético, su devanado se alimenta con una corriente continua o potencial eléctrico pulsado, sincronizado con el suministro de pulsos de alto voltaje a los electrodos 2 y 3 (ánodo, cátodo) del motor de propulsión eléctrica. .
Cuando se aplican pulsos de voltaje de alto voltaje a los electrodos 2 y 3, una descarga se propaga a través de la superficie de la película líquida, generando componentes de iones (tipo de descarga de detonación electrónica) y luego plasma (arco) de la descarga, creando un pulso de empuje reactivo. . En este caso, los electrones, que se mueven a lo largo de las líneas de fuerza magnética del espacio de descarga a lo largo de una trayectoria helicoidal, intensifican drásticamente el proceso de colisión con átomos neutros del fluido de trabajo líquido de cada una de las etapas de descarga mencionadas anteriormente, lo que conduce a un aumento en el componente iónico de los productos de salida, y esto, a su vez, conduce a un aumento en la eficiencia y el empuje del motor, porque el porcentaje de iones de alta velocidad en relación con la masa total de los componentes iónicos y plasmáticos aumenta significativamente.
Motor de reluctancia eléctrica pulsada de tipo lineal, compuesto por un ánodo y un cátodo conectados a un generador de impulsos de alto voltaje, con un espacio de descarga entre ellos lleno de un fluido de trabajo líquido en forma de película, caracterizado porque el ánodo y el cátodo son circuitos magnéticos conectados a una fuente de campo magnético con líneas de campo magnético orientadas a lo largo del espacio de descarga, y la fuente del campo magnético está eléctricamente aislada de los electrodos del ánodo y del cátodo fabricando núcleos magnéticos a partir de un material con alta resistencia eléctrica, por ejemplo, ferrita.
Patentes similares:
La invención se refiere a la tecnología espacial, en particular a los motores y sistemas de propulsión eléctricos (EP y EP), creados sobre la base de aceleradores con deriva electrónica cerrada, llamados propulsores Hall de plasma estacionarios, y puede usarse para aumentar la eficiencia y estabilidad de Características durante el funcionamiento de EP y EP.
La invención se refiere al campo de los motores de cohetes eléctricos. En el modelo de motor de plasma estacionario (SPE), que contiene una cámara de descarga dieléctrica anular con un anillo ánodo-distribuidor de gas ubicado en su interior, un sistema magnético y un cátodo, dentro de su cámara de descarga se instala un distribuidor de gas adicional, fabricado en el forma de anillo, acoplado a través de un aislante al distribuidor de ánodo-gas. Dicho anillo tiene orificios ciegos coaxiales, espaciados uniformemente en acimut, cada uno de los cuales está cerrado con una tapa que tiene un orificio pasante calibrado. Cada uno de los orificios ciegos con tapa forma un recipiente lleno de yodo cristalino, y se instala un distribuidor de gas adicional dentro de la cámara de descarga de modo que sus orificios calibrados miren al ánodo distribuidor de gas. El resultado técnico es la posibilidad de determinar la posibilidad fundamental de operar un SPT con el fluido de trabajo (yodo) con modificaciones mínimas en el motor y excluyendo un sistema especial de suministro de yodo y calentadores de la ruta de suministro, lo que reduce significativamente los costos y el tiempo. requerido para la primera etapa de estudio del rendimiento y características de un motor de plasma estacionario sobre yodo cristalino. 2 enfermos.
La invención se refiere a un motor de cohete eléctrico con deriva electrónica cerrada. Un motor de cohete eléctrico con deriva de electrones cerrado contiene un canal anular principal de ionización y aceleración, al menos un cátodo hueco, un ánodo en forma de anillo, un tubo con un colector para alimentar el ánodo con gas ionizado y un circuito magnético para crear un imán. campo en el canal anular principal. El canal anular principal está formado alrededor del eje del motor de propulsión eléctrico. El ánodo es concéntrico con dicho canal anular principal. El circuito magnético contiene al menos un circuito magnético axial rodeado por una primera bobina y una pieza polar trasera interna que forma un cuerpo de rotación, y varios circuitos magnéticos exteriores rodeados por bobinas exteriores. Dicho circuito magnético comprende además una primera pieza polar exterior sustancialmente radial que define una superficie periférica interior cóncava y una segunda pieza polar interior sustancialmente radial que define una superficie periférica exterior convexa. Dichas superficies periféricas son perfiles ajustados en consecuencia. Estos perfiles se diferencian de las superficies cilíndricas circulares para crear un hueco de ancho variable entre ellos. El valor máximo de separación se produce en áreas que coinciden con la ubicación de las bobinas exteriores. La cantidad mínima de holgura se produce en áreas ubicadas entre dichas bobinas exteriores, para crear un campo magnético radial uniforme. El resultado técnico es la creación de un motor de propulsión eléctrica de alta potencia con deriva electrónica cerrada, en el que al mismo tiempo se implementa un buen enfriamiento del canal anular principal, se obtiene un campo magnético radial uniforme en el canal especificado y la longitud del Se minimiza el cable necesario para los devanados y se minimiza la masa de los devanados. 7 salario mosca, 8 enfermos.
La invención se refiere al campo de los motores de plasma. El dispositivo contiene al menos un canal anular principal (21) de ionización y aceleración, mientras que el canal anular (21) tiene un extremo abierto, un ánodo (26) ubicado dentro del canal (21), un cátodo (30) ubicado fuera del canal en su salida, un circuito magnético (4) para crear un campo magnético en parte del canal anular (21). El circuito magnético contiene al menos una pared interior anular (22), una pared exterior anular (23) y un fondo (8) que conecta las paredes interior (22) y exterior (23) y forma la parte de salida del circuito magnético (4). ), mientras que el circuito magnético (4) está diseñado para crear un campo magnético a la salida del canal anular (21) que no depende del acimut. El resultado técnico es un aumento de la probabilidad de colisiones ionizantes entre electrones y átomos de gas inerte. 3 n. y 12 salario mosca, 6 enfermos.
La invención se refiere a la tecnología de plasma y a las tecnologías de plasma y puede usarse en aceleradores de plasma pulsado, utilizados en particular como motores de cohetes eléctricos. El cátodo (1) y el ánodo (2) del acelerador de plasma pulsado por erosión (EPPA) tienen forma plana. Entre los electrodos de descarga (1 y 2) se instalan dos bloques dieléctricos (4) de material ablativo. El aislante terminal (6) se instala entre los electrodos de descarga en la zona donde se colocan los bloques dieléctricos (4). El dispositivo (9) para iniciar una descarga eléctrica está conectado a los electrodos (8). El dispositivo de almacenamiento de energía capacitivo (3) del sistema de suministro de energía está conectado a través de cables de corriente a los electrodos de descarga (1 y 2). El canal de descarga del EIPU está formado por las superficies de los electrodos de descarga (1 y 2), el aislante terminal (b) y las partes extremas de los bloques dieléctricos (4). El canal de descarga está formado por dos planos medios perpendiculares entre sí. Los electrodos de descarga (1 y 2) se instalan simétricamente con respecto al primer plano medio. Los bloques dieléctricos (4) se instalan simétricamente con respecto al segundo plano mediano. La tangente a la superficie del aislador extremo (6), frente al canal de descarga, está dirigida en un ángulo de 87° a 45° con respecto al primer plano medio del canal de descarga. El aislador terminal (6) tiene un rebaje (7) de sección transversal rectangular. Los electrodos (8) se encuentran en el hueco (7) del lado del cátodo (1). La tangente a la superficie frontal del rebajo (7) está dirigida en un ángulo de 87° a 45° con respecto al primer plano medio del canal de descarga. El hueco (7) a lo largo de la superficie del aislador extremo (6) tiene forma de trapezoide. La base más grande del trapecio se encuentra cerca de la superficie del ánodo (2). La base más pequeña del trapecio se encuentra en la superficie del cátodo (1). En la superficie del aislador del extremo (6) hay tres ranuras rectas orientadas paralelas a las superficies de los electrodos de descarga (1 y 2). El resultado técnico consiste en aumentar el recurso, aumentar la confiabilidad, la eficiencia de tracción, la eficiencia del uso de la sustancia de trabajo y la estabilidad de las características de tracción del EIPU debido a la evaporación uniforme de la sustancia de trabajo de la superficie de trabajo de los bloques dieléctricos. 8 salario mosca, 3 enfermos.
La invención se refiere a la tecnología espacial, a la clase de motores de propulsión eléctricos y está destinada a controlar el movimiento de naves espaciales de bajo empuje (hasta 5 N). Un motor de plasma ciclotrón contiene una carcasa de acelerador de plasma, solenoides (inductores) y un circuito eléctrico con cátodos compensadores. Este contiene una fuente autónoma de iones, un separador de flujos de electrones e iones. El acelerador de plasma es un ciclotrón asíncrono. El ciclotrón está dividido longitudinalmente en dees por dos pares coaxiales de rejillas paralelas con espacios. Los Dees crean campos eléctricos homogéneos, iguales y de aceleración constante de direcciones mutuamente opuestas de vectores de tensión. Según el número de direcciones principales para generar empuje, el ciclotrón tiene canales de salida del acelerador de plasma: los principales adaptadores ferromagnéticos con bobinas de inductancia. Los canales dieléctricos de gas directo de salida del motor están conectados a los adaptadores principales a través de electroválvulas de paso. Estos canales están conectados entre sí mediante adaptadores ferromagnéticos con bobinas de inductancia. El resultado técnico es un aumento del impulso específico de empuje manteniendo y posiblemente reduciendo las características de peso y tamaño de los sistemas de propulsión de naves espaciales con un consumo de energía relativamente bajo. 2 salario mosca, 2 enfermos.
La invención se refiere a tecnologías de haces y puede usarse para compensar (neutralizar) la carga espacial de un haz de iones positivos de motores de cohetes eléctricos, en particular, para su uso en sistemas de propulsión de micro y nanosatélites. Un método para neutralizar la carga espacial del flujo de iones de un sistema de propulsión de cohete eléctrico mediante la emisión de electrones desde múltiples fuentes de emisión de campo. Las fuentes están ubicadas alrededor de cada uno de los motores de cohetes eléctricos de la instalación especificada. Las corrientes de emisión de fuentes de emisión de campo individuales o grupos de estas múltiples fuentes de emisión de campo se controlan independientemente unas de otras. El resultado técnico es una reducción del consumo del fluido de trabajo de un motor de propulsión eléctrico, incluido un motor de propulsión eléctrico multimodo o una instalación multimotor, garantizando un tiempo mínimo para alcanzar el modo de funcionamiento de neutralización y un cambio rápido del sistema electrónico. corriente coordinada con el modo de funcionamiento de dicho motor de propulsión eléctrica, optimizando el transporte de electrones a la región de neutralización para reducir la divergencia del haz de iones o su desviación, cambiando así la dirección del empuje de iones. 5 salario volar.
La invención se refiere a medios de movimiento a reacción principalmente en el espacio exterior libre. El dispositivo móvil propuesto contiene una carcasa (1), una carga útil (2), un sistema de control y al menos un sistema anular de imanes superconductores de enfoque y desviación (3). Cada imán (3) está unido al cuerpo (1) mediante un elemento de potencia (4). Es preferible utilizar dos sistemas de anillos descritos situados en planos paralelos (“uno encima del otro”). Cada sistema de anillos está diseñado para almacenar a largo plazo el flujo (5) de partículas cargadas eléctricamente de alta energía (protones relativistas) que circulan en él. Los flujos en los sistemas de anillos son mutuamente opuestos y se introducen en estos sistemas antes del vuelo (en la órbita de lanzamiento). A la salida de uno de los imanes (3) del sistema de anillos "superior" se adjunta un dispositivo (6) para eliminar parte del flujo (7) al espacio exterior. Asimismo, parte del flujo (9) se elimina a través del dispositivo (8) de uno de los imanes del sistema de anillos “inferiores”. Los flujos (7) y (9) crean un empuje en chorro. Los dispositivos (6) y (8) pueden realizarse en forma de un sistema magnético deflector, un neutralizador de la carga eléctrica del flujo o un ondulador. El resultado técnico de la invención es aumentar la producción de energía del fluido de trabajo que crea el empuje. 1 n. y 3 salario mosca, 2 enfermos.
El grupo de invenciones se refiere al campo de los motores de propulsión eléctricos, concretamente a la clase de aceleradores de plasma (Hall, iones) que utilizan cátodos. Si es necesario, también se puede utilizar en campos tecnológicos relacionados, por ejemplo, al probar cátodos para fuentes de plasma o cátodos para motores de plasma de alta corriente. El método de prueba acelerada de cátodos de motores de plasma incluye realizar pruebas de fuego autónomas del cátodo, realizar múltiples encendidos del cátodo, medir sus parámetros básicos de degradación y probar en un modo de funcionamiento forzado del cátodo. Las pruebas se dividen en etapas. Al realizar cada etapa, se fuerza uno de los factores de degradación del cátodo mientras que todos los demás factores de degradación se exponen simultáneamente al cátodo en el modo de funcionamiento. Cada factor de degradación se potencia al menos una vez. El resultado técnico del grupo de invenciones es la implementación de una contabilidad integral del impacto de todos los factores básicos de la degradación del cátodo durante las pruebas de vida aceleradas, una reducción significativa en el tiempo de las pruebas de vida del cátodo y la provisión de la capacidad de estudiar. el impacto de cada factor de degradación en las características de vida del cátodo. 2 n. y 5 salario mosca, 4 enfermos.
La invención se refiere al campo de los motores de propulsión eléctricos, concretamente a una amplia clase de aceleradores de plasma (Hall, iónicos, magnetoplasmodinámicos, etc.) que utilizan cátodos. El resultado técnico es aumentar la vida útil y la confiabilidad del cátodo con altas corrientes de descarga al igualar las temperaturas de los elementos emisores de electrones y garantizar una distribución uniforme del fluido de trabajo entre estos elementos. El cátodo del acelerador de plasma según la primera versión contiene elementos huecos emisores de electrones, una tubería con canales para suministrar el fluido de trabajo a los elementos huecos emisores de electrones, un único conductor de calor que cubre desde el exterior cada uno de los elementos huecos emisores de electrones. Elementos realizados en forma de cuerpo de rotación. El material del tubo de calor tiene un coeficiente de conductividad térmica no inferior al coeficiente de conductividad térmica del material de estos elementos. Cada uno de los elementos huecos emisores de electrones está conectado a un canal de tubería separado, y en cada canal se instala un estrangulador en el lado de suministro del fluido de trabajo, y las secciones transversales de los orificios del estrangulador se hacen idénticas. Según la invención, un único conductor de calor recubre tanto el lado exterior a lo largo de toda la generatriz como la salida de la cara extrema de cada uno de los elementos huecos emisores de electrones realizados en forma de cuerpo de revolución. En el extremo de salida del tubo de calor único hay orificios cuyos ejes coinciden con los ejes de los elementos emisores de electrones huecos, y las secciones de flujo de los orificios en el tubo de calor único no son más grandes que las secciones de flujo del agujeros en los elementos huecos emisores de electrones 2 n.p. y 2 salario, 2 enfermos.
La invención se refiere a un chorro de maniobras de plasma basado en el efecto Hall, utilizado para mover satélites mediante electricidad. El motor a reacción de plasma de efecto Hall contiene un canal anular principal para la ionización y aceleración. El canal tiene un extremo de salida abierto. El motor también contiene al menos un cátodo, un ánodo anular, una tubería con un distribuidor para suministrar gas ionizable al canal anular principal y un circuito magnético para crear un campo magnético en el canal anular principal. El ánodo es concéntrico con el canal anular principal. El canal anular principal contiene una porción de pared anular interior y una porción de pared anular exterior situada cerca del extremo de salida abierto. Cada una de estas secciones contiene un paquete de anillos conductores o semiconductores en forma de placas situadas una al lado de la otra. Las placas están separadas por finas capas de material aislante. El resultado técnico es la eliminación de las desventajas indicadas en la descripción y, en particular, el aumento de la durabilidad de los motores a chorro de plasma basados en el efecto Hall manteniendo un alto nivel de eficiencia energética. 9 n.p. mosca, 5 enfermos.
La invención se refiere a motores a reacción eléctricos que utilizan un tipo de descarga de detonación electrónica. El motor consta de un ánodo y un cátodo con un espacio de descarga entre ellos lleno de un fluido de trabajo líquido en forma de película. Los electrodos del ánodo y del cátodo están hechos de material magnético blando y la fuente del campo magnético está aislada eléctricamente de los electrodos mediante núcleos magnéticos de tipo ferrita. La invención permite aumentar las características específicas y la eficiencia del motor. 1 enfermo.
La invención se refiere a motores a reacción eléctricos. La invención es un motor de tipo terminal sobre un fluido de trabajo sólido, que consta de un ánodo, un cátodo y un bloque de fluido de trabajo ubicado entre ellos. El bloque está hecho de un material con una constante dieléctrica alta, como titanato de bario, y se instalan un ánodo y un cátodo en un lado y un conductor en el otro lado. El verificador puede tener la forma de un disco con un cátodo y un ánodo instalados coaxialmente o diametralmente opuestos. La invención permite crear un motor a reacción eléctrico pulsado de diseño simple con altos parámetros específicos. 4 salario mosca, 2 enfermos.
La invención se refiere al campo de los motores a reacción eléctricos (EPM) de acción pulsada sobre un fluido de trabajo en fase sólida. Se conocen motores de plasma de impulsos con un sistema de suministro de fluido de trabajo gaseoso (por ejemplo, xenón, argón, hidrógeno) y motores de impulsos del tipo de erosión con un fluido de trabajo en fase sólida politetrafluoroetileno (PTFE). La principal desventaja del primer tipo de motor es el complejo sistema de suministro pulsado y estrictamente dosificado del fluido de trabajo debido a la dificultad de sincronizarlo con los pulsos de voltaje de descarga y, como consecuencia, la baja tasa de utilización del fluido de trabajo. En el segundo caso (tipo erosivo, fluido de trabajo - PTFE), los parámetros específicos tienen valores bajos, la eficiencia máxima no supera el 15% debido al mecanismo térmico predominante de producción y aceleración del plasma de descarga eléctrica. Un tipo más avanzado de motor de esta clase es un motor a reacción de plasma eléctrico pulsado de tipo terminal sobre un fluido de trabajo sólido (incluido PTFE) con un tipo de descomposición predominante por detonación de electrones (inyección explosiva de electrones desde la superficie del fluido de trabajo hacia el ánodo). Este tipo de motor permite obtener parámetros específicos más altos utilizando el fluido de trabajo PTFE debido a una reducción significativa en la fase de arco de la descarga de la fuente de plasma. La presencia de la etapa de arco de la descarga también conduce a la aparición de inestabilidad en el proceso de generación de plasma en la superficie del fluido de trabajo, como haces de plasma con la formación de canales con mayor conductividad en la superficie del fluido de trabajo y, como como consecuencia de ello, se produce un cortocircuito en el espacio entre electrodos a lo largo de los canales mencionados. La literatura describe los resultados de estudios sobre el tipo de ruptura incompleta en la superficie de un dieléctrico en las corrientes realizadas en el momento de cargar un capacitor que contiene un dieléctrico con una constante dieléctrica alta. A partir de este tipo de descomposición se ha creado una fuente eficaz de partículas de tipo pulsado (iones o electrones). Sin embargo, al evaluar la posibilidad de utilizarlo como parte de un motor de propulsión eléctrica pulsada basado en un componente iónico con una frecuencia de conmutación de decenas a cientos de hercios, surgen problemas con la descarga (despolarización) del dieléctrico utilizado como fluido de trabajo. así como problemas con la durabilidad del electrodo de rejilla, que actúa como extractor de partículas, y problemas de neutralización de iones. El propósito de la invención propuesta es crear un motor de propulsión eléctrica por impulsos de diseño simple con una frecuencia de conmutación de hasta 100 hercios o más para obtener un empuje bajo por descarga única del generador, pero con parámetros específicos altos. El nivel deseado de tracción del segundo impulso se garantiza ajustando la frecuencia de conmutación. Este objetivo se logra por el hecho de que en un motor de reluctancia eléctrica pulsada de tipo terminal sobre un fluido de trabajo sólido que consta de un ánodo, un cátodo y un bloque de fluido de trabajo ubicado entre ellos, se propone que el bloque de fluido de trabajo esté hecho de un dieléctrico con una constante dieléctrica alta e instalado en un lado del bloque ánodo y cátodo, e instalar o aplicar un conductor en el otro lado del verificador. El material preferido para el bloque de fluido de trabajo es el titanato de bario y la forma más constructiva es la forma de disco. El ánodo y el cátodo pueden instalarse coaxialmente o diametralmente opuestos. La solución propuesta se ilustra mediante dibujos. La figura 1 muestra una variante de un motor de propulsión eléctrica pulsada con un ánodo y un cátodo situados coaxialmente; La figura 2 muestra una variante con ánodo y cátodo instalados diametralmente opuestos. El motor propuesto consta de un ánodo, un cátodo y un bloque de fluido de trabajo hecho de un dieléctrico con una constante dieléctrica alta, por ejemplo titanato de bario con 1000. Un bloque de este tipo puede tener la forma de un disco, en un lado del cual conductor 2 se aplica en forma de una capa fina, por ejemplo, mediante pulverización o en forma de una placa de metal presionada firmemente contra la superficie del dieléctrico. En el otro lado del verificador hay un ánodo 3 y un cátodo 4, ubicados coaxialmente (Fig. 1) o diametralmente opuestos (Fig. 2). En tal dispositivo, cuando se aplica voltaje al ánodo y al cátodo, la superposición entre electrodos del dieléctrico se produce a lo largo de la superficie del dieléctrico y comienza en ambos electrodos como resultado de la carga de dos condensadores conectados en serie formados por el "ánodo - dieléctrico". - sistemas conductor” y “conductor - dieléctrico - cátodo”. Como resultado, tenemos dos antorchas de plasma (ánodo y cátodo) sobre la superficie del dieléctrico, moviéndose una hacia la otra, mientras que el conductor 2 (placa conductora) del dispositivo tendrá un potencial flotante, debido a la naturaleza del flujo de corrientes de desplazamiento a través del dieléctrico. En el momento de la fusión de los sopletes anódicos y catódicos, se neutraliza el exceso de carga positiva de iones, cuyo mecanismo de formación se debe al tipo de descomposición por detonación electrónica del soplete anódico. El plasma obtenido tras la fusión de dos antorchas adquiere una aceleración adicional en el modo de descarga (despolarización) y liberación de la energía almacenada en dicho condensador, similar a un acelerador lineal. Para lograr el efecto de aceleración adicional, la altura de los electrodos (ánodo y cátodo) a lo largo del flujo de plasma se calcula en función del tiempo real necesario para descargar la capacitancia del diseño del motor de propulsión eléctrica. Este diseño del dispositivo y su modo de funcionamiento permiten crear un motor de propulsión eléctrica pulsada con altos valores de parámetros y una alta frecuencia de conmutación (un prototipo del tipo especificado de motor de propulsión eléctrica basado en un alto voltaje estándar modificado (menos de 10 kV) los condensadores del tipo KVI-3 funcionan en NIIMASH con una frecuencia de conmutación de hasta 50 Hz) . Para hacer funcionar un motor de propulsión eléctrica de este tipo, se necesita un generador de impulsos de alto voltaje con una duración de nanosegundos. La duración de los pulsos suministrados a los electrodos está determinada por el tiempo de carga de la capacitancia del diseño del motor de propulsión eléctrica. Para eliminar inestabilidades como los haces de plasma, la duración del pulso de alto voltaje del generador no debe exceder la duración de la carga de la capacitancia del diseño del motor de propulsión eléctrica. La frecuencia de conmutación máxima del motor de propulsión eléctrica está determinada por el tiempo requerido para un ciclo completo de carga y descarga de la capacidad del diseño del motor de propulsión eléctrica. Las dimensiones de las antorchas de plasma de cátodo y ánodo que se mueven entre sí están determinadas por la tasa de superposición dieléctrica, que depende de la amplitud del voltaje, el valor de la capacitancia de la estructura, así como el tiempo de retardo para el inicio del proceso de generación de la antorcha de plasma. . Este tiempo de retardo, a su vez, depende de los parámetros geométricos de la zona ánodo-dieléctrico, cátodo-dieléctrico, el tipo de dieléctrico y el área del conductor. Este motor de propulsión eléctrica funciona de la siguiente manera. Cuando se aplica un pulso de voltaje de alto voltaje al ánodo 3 y al cátodo 4 con una duración correspondiente al tiempo de carga de la capacitancia del diseño del motor de propulsión eléctrica, se generan dos antorchas de plasma que se mueven entre sí (ánodo del ánodo y cátodo del cátodo). El ánodo de la antorcha tiene un exceso de carga positiva de iones del fluido de trabajo (en relación con un dieléctrico como la cerámica de titanato de bario, estos son principalmente iones de bario como el elemento más fácilmente ionizable). El plasma del penacho catódico es causado por la generación de electrones a partir del cátodo y su bombardeo de la superficie dieléctrica. En el momento del encuentro, la antorcha catódica neutraliza la antorcha anódica y el haz de plasma se acelera como un acelerador lineal en la fase de descarga de la capacidad del diseño de propulsión eléctrica a través del plasma. Cabe señalar que las zonas de ruptura entre llamas que surgen cuando los sopletes se acercan entre sí no están estrictamente localizadas, es decir, no están "unidas" a ciertos lugares en la superficie del dieléctrico durante la producción de una gran cantidad. de pulsos. El modo de funcionamiento especificado de dicho motor de propulsión eléctrica contribuirá a obtener valores de eficiencia y tasas de flujo de plasma elevados. Una característica esencial del motor de propulsión eléctrica propuesto es el modo de funcionamiento de frecuencia de pulso (con una frecuencia de hasta 100 Hz o más) con la capacidad de ganar y liberar empuje casi instantáneamente. Gracias a esta característica y teniendo en cuenta la potencia eléctrica realmente disponible a bordo de la nave espacial (SC), se puede ampliar el área de aplicación efectiva del sistema de propulsión (PS) basado en el sistema de propulsión eléctrica pulsada propuesto, a saber:
Mantener naves espaciales geoestacionarias en dirección norte-sur, este-oeste;
Compensación de la resistencia aerodinámica de las naves espaciales;
Cambiar órbitas y mover naves espaciales gastadas o averiadas a un área determinada. Fuentes de información
1. Grishin S.D., Leskov L.V., Kozlov N.P. Motores de cohetes eléctricos. - M.: Ingeniería Mecánica, 1975, p. 198-223. 2. Favorsky O.N., Fishgoit V.V., Yantovsky E.I. Fundamentos de la teoría de los sistemas de propulsión eléctrica espacial. - M.: Ingeniería Mecánica, Escuela Superior, 1978, p. 170-173. 3. L. Caveney (traducción del inglés editada por A.S. Koroteev). Motores espaciales: estado y perspectivas. - M., 1988, pág. 186-193. 4. Patente de invención 2146776 del 14 de mayo de 1998. Motor a reacción de plasma pulsado de tipo terminal sobre fluido de trabajo sólido. 5. Vershinin Yu.N. Procesos electron-térmicos y de detonación durante la ruptura eléctrica de dieléctricos sólidos. Rama de los Urales de la Academia de Ciencias de Rusia, Ekaterimburgo, 2000. 6. Bugaev S.P., Mesyats G.A. Emisión de electrones del plasma de una descarga incompleta a través de un dieléctrico en el vacío. DAN URSS, 1971, volumen 196, 2. 7. Mesyats G.A. Actones. Parte 1: Rama de los Urales de la Academia de Ciencias de Rusia, 1993, p. 68-73, parte 3, pág. 53-56. 8. Bugaev S.P., Kovalchuk B.M., Mesyats G.A. Fuente pulsada de plasma de partículas cargadas. Certificado de derechos de autor 248091.
AFIRMAR
1. Un motor de reluctancia eléctrica pulsada de tipo terminal sobre un fluido de trabajo sólido, compuesto por un ánodo, un cátodo y un bloque de fluido de trabajo fabricado con un dieléctrico de alta constante dieléctrica y ubicado entre ellos, caracterizado porque el cátodo y el ánodo están ubicado en un lado del bloque y se retiran entre sí, y se aplica un conductor al otro lado. 2. Motor a reacción eléctrico de impulsos, según reivindicación 1, caracterizado porque el bloque de fluido de trabajo está fabricado en titanato de bario. 3. Motor a reacción eléctrico de impulsos según la reivindicación 1, caracterizado porque el bloque de fluido de trabajo tiene forma de disco. 4. Motor de reluctancia eléctrica de impulsos, según reivindicación 3, caracterizado porque el cátodo y el ánodo están instalados de forma coaxial. 5. Motor de reluctancia eléctrica de impulsos, según reivindicación 3, caracterizado porque el cátodo y el ánodo están instalados diametralmente opuestos.¿Qué es lo primero que te viene a la mente cuando escuchas la frase “motores de cohetes”? Por supuesto, el misterioso espacio, los vuelos interplanetarios, el descubrimiento de nuevas galaxias y el seductor brillo de estrellas lejanas. En todo momento, el cielo atrajo a la gente hacia sí mismo, sin dejar de ser un misterio sin resolver, pero la creación del primer cohete espacial y su lanzamiento abrieron nuevos horizontes de investigación para la humanidad.
Los motores de cohetes son esencialmente motores a reacción ordinarios con una característica importante: no utilizan oxígeno atmosférico como oxidante de combustible para generar empuje a reacción. Todo lo necesario para su funcionamiento se encuentra directamente en su cuerpo o en los sistemas de oxidante y suministro de combustible. Es esta característica la que hace posible el uso de motores de cohetes en el espacio exterior.
Hay muchos tipos de motores de cohetes y todos se diferencian notablemente entre sí no sólo por sus características de diseño, sino también por su principio de funcionamiento. Por eso cada tipo debe considerarse por separado.
Entre las principales características operativas de los motores de cohetes, se presta especial atención al impulso específico: la relación entre la cantidad de empuje del chorro y la masa del fluido de trabajo consumido por unidad de tiempo. El valor de impulso específico representa la eficiencia y economía del motor.
Motores de cohetes químicos (CRE)
Este tipo de motor es actualmente el único que se utiliza ampliamente para el lanzamiento de naves espaciales al espacio exterior, además, ha encontrado aplicación en la industria militar. Los motores químicos se dividen en combustibles sólidos y líquidos según el estado físico del combustible para cohetes.
Historia de la creación
Los primeros motores de cohetes eran de combustible sólido y aparecieron hace varios siglos en China. En ese momento tenían poco que ver con el espacio, pero con su ayuda fue posible lanzar cohetes militares. El combustible utilizado era una pólvora de composición similar a la pólvora, sólo se cambió el porcentaje de sus componentes. Como resultado, durante la oxidación, el polvo no explotó, sino que se quemó gradualmente, liberando calor y creando un empuje en chorro. Dichos motores fueron refinados, refinados y mejorados con diferente éxito, pero su impulso específico aún seguía siendo pequeño, es decir, el diseño era ineficaz y antieconómico. Pronto aparecieron nuevos tipos de combustible sólido que permitieron un mayor impulso específico y un mayor empuje. En su creación trabajaron científicos de la URSS, Estados Unidos y Europa en la primera mitad del siglo XX. Ya en la segunda mitad de los años 40 se desarrolló un prototipo de combustible moderno, que todavía se utiliza en la actualidad.
El motor cohete RD-170 funciona con combustible líquido y un oxidante.
Los motores de cohetes líquidos son invención de K.E. Tsiolkovsky, quien los propuso como unidad de potencia para un cohete espacial en 1903. En los años 20, el trabajo sobre la creación de motores de cohetes líquidos comenzó a realizarse en los EE. UU., y en los años 30, en la URSS. Ya al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, se crearon las primeras muestras experimentales y, una vez finalizada, comenzaron a producirse en masa motores de cohetes de propulsión líquida. Fueron utilizados en la industria militar para equipar misiles balísticos. En 1957, por primera vez en la historia de la humanidad, se lanzó un satélite artificial soviético. Para lanzarlo se utilizó un cohete equipado con los ferrocarriles rusos.
Diseño y principio de funcionamiento de motores de cohetes químicos.
Un motor de combustible sólido contiene combustible y un oxidante en estado agregado sólido en su carcasa, y el recipiente con combustible también es una cámara de combustión. El combustible suele tener forma de varilla con un orificio central. Durante el proceso de oxidación, la varilla comienza a arder desde el centro hacia la periferia, y los gases resultantes de la combustión salen por la boquilla formando una corriente de aire. Este es el diseño más simple de todos los motores de cohetes.
En los motores de cohetes líquidos, el combustible y el oxidante se encuentran en estado agregado líquido en dos tanques separados. A través de los canales de suministro ingresan a la cámara de combustión, donde se mezclan y ocurre el proceso de combustión. Los productos de la combustión salen por la boquilla formando una corriente de aire. Como oxidante se suele utilizar oxígeno líquido y el combustible puede ser diferente: queroseno, hidrógeno líquido, etc.
Pros y contras de los RD químicos, su ámbito de aplicación.
Las ventajas de los motores de cohetes de combustible sólido son:
- simplicidad de diseño;
- seguridad comparativa en términos de ecología;
- precio bajo;
- fiabilidad.
Desventajas de los motores de cohetes de propulsor sólido:
- limitación del tiempo de funcionamiento: el combustible se quema muy rápidamente;
- imposibilidad de arrancar el motor, detenerlo y regular la tracción;
- gravedad específica baja en el rango de 2000-3000 m/s.
Analizando los pros y los contras de los motores de cohetes de propulsor sólido, podemos concluir que su uso está justificado sólo en los casos en que se necesita una unidad de potencia de potencia media, bastante barata y fácil de implementar. El alcance de su uso son misiles balísticos, meteorológicos, MANPADS, así como propulsores laterales de cohetes espaciales (los misiles estadounidenses están equipados con ellos; no se usaron en misiles soviéticos y rusos).
Ventajas de los RD líquidos:
- impulso específico elevado (alrededor de 4500 m/s y más);
- la capacidad de regular la tracción, detener y reiniciar el motor;
- peso más ligero y compacidad, lo que permite poner en órbita incluso cargas grandes de varias toneladas.
Desventajas de los motores de cohetes:
- diseño y puesta en servicio complejos;
- En condiciones de ingravidez, los líquidos en los tanques pueden moverse caóticamente. Para su deposición es necesario utilizar fuentes de energía adicionales.
El ámbito de aplicación de los motores de propulsión líquida se encuentra principalmente en la astronáutica, ya que estos motores son demasiado caros para fines militares.
A pesar de que hasta ahora los motores de cohetes químicos son los únicos capaces de lanzar cohetes al espacio exterior, mejorarlos es prácticamente imposible. Los científicos y diseñadores están convencidos de que ya se ha alcanzado el límite de sus capacidades y que para obtener unidades más potentes y con un impulso específico elevado se necesitan otras fuentes de energía.
Motores de cohetes nucleares (NRE)
Este tipo de motor de cohete, a diferencia de los químicos, produce energía no quemando combustible, sino calentando el fluido de trabajo mediante la energía de reacciones nucleares. Los motores de cohetes nucleares son isotópicos, termonucleares y nucleares.
Historia de la creación
El diseño y el principio de funcionamiento del motor de propulsión nuclear se desarrollaron allá por los años 50. Ya en los años 70, en la URSS y los EE. UU. estaban listos modelos experimentales que fueron probados con éxito. El motor soviético de fase sólida RD-0410 con un empuje de 3,6 toneladas se probó en una base de banco, y el reactor estadounidense NERVA se instalaría en el cohete Saturn V antes de que se suspendiera el patrocinio del programa lunar. Al mismo tiempo, se trabajó en la creación de motores de propulsión nuclear en fase gaseosa. Actualmente, se están llevando a cabo programas científicos para desarrollar motores de cohetes nucleares y se están realizando experimentos en estaciones espaciales.
Así, ya existen modelos funcionales de motores de cohetes nucleares, pero hasta ahora ninguno de ellos se ha utilizado fuera de laboratorios o bases científicas. El potencial de estos motores es bastante alto, pero el riesgo asociado a su uso también es considerable, por lo que por ahora sólo existen en proyectos.
Dispositivo y principio de funcionamiento.
Los motores de cohetes nucleares son de fase gaseosa, líquida y sólida, dependiendo del estado de agregación del combustible nuclear. El combustible de los motores de propulsión nuclear de fase sólida son barras de combustible, al igual que en los reactores nucleares. Están ubicados en la carcasa del motor y durante la desintegración del material fisible liberan energía térmica. El fluido de trabajo (gas hidrógeno o amoníaco) en contacto con el elemento combustible, absorbe energía y se calienta, aumenta de volumen y se comprime, después de lo cual sale a través de la boquilla a alta presión.
El principio de funcionamiento de un motor de propulsión nuclear de fase líquida y su diseño son similares a los de fase sólida, solo que el combustible está en estado líquido, lo que permite aumentar la temperatura y, por tanto, el empuje.
Los motores de propulsión nuclear en fase gaseosa funcionan con combustible en estado gaseoso. Suelen utilizar uranio. El combustible gaseoso puede mantenerse en la carcasa mediante un campo eléctrico o ubicarse en un matraz transparente sellado: una lámpara nuclear. En el primer caso, se produce contacto del fluido de trabajo con el combustible, así como una fuga parcial de este último, por lo que, además de la mayor parte del combustible, el motor debe tener una reserva para reposición periódica. En el caso de una lámpara nuclear, no hay fugas y el combustible está completamente aislado del flujo del fluido de trabajo.
Ventajas y desventajas de los motores de propulsión nuclear.
Los motores de cohetes nucleares tienen una gran ventaja sobre los químicos: se trata de un impulso específico elevado. Para los modelos de fase sólida, su valor es de 8000-9000 m/s, para los modelos de fase líquida – 14 000 m/s, para los modelos de fase gaseosa – 30 000 m/s. Al mismo tiempo, su uso conlleva la contaminación de la atmósfera con emisiones radiactivas. Ahora se está trabajando para crear un motor nuclear seguro, respetuoso con el medio ambiente y eficiente, y el principal "contendiente" para este papel es un motor nuclear de fase gaseosa con una lámpara nuclear, donde la sustancia radiactiva está en un matraz sellado y no sale. con una llama de chorro.
Motores de cohetes eléctricos (ERM)
Otro competidor potencial de los propulsores químicos es un propulsor eléctrico que funciona con energía eléctrica. La propulsión eléctrica puede ser electrotérmica, electrostática, electromagnética o pulsada.
Historia de la creación
El primer motor de propulsión eléctrica fue diseñado en los años 30 por el diseñador soviético V.P. Glushko, aunque la idea de crear un motor de este tipo apareció a principios del siglo XX. En los años 60, científicos de la URSS y Estados Unidos trabajaron activamente en la creación de motores de propulsión eléctricos, y ya en los años 70 comenzaron a utilizarse las primeras muestras en naves espaciales como motores de control.
Diseño y principio de funcionamiento.
Un sistema de propulsión de cohete eléctrico consta del propio motor de propulsión eléctrica, cuya estructura depende de su tipo, sistemas de suministro de fluidos de trabajo, control y suministro de energía. Un RD electrotérmico calienta el flujo del fluido de trabajo debido al calor generado por el elemento calefactor o en un arco eléctrico. El fluido de trabajo utilizado es helio, amoníaco, hidracina, nitrógeno y otros gases inertes, con menos frecuencia hidrógeno.
Los RD electrostáticos se dividen en coloidales, iónicos y de plasma. En ellos, las partículas cargadas del fluido de trabajo se aceleran debido al campo eléctrico. En los RD coloidales o iónicos, la ionización del gas la proporciona un ionizador, un campo eléctrico de alta frecuencia o una cámara de descarga de gas. En los RD de plasma, el fluido de trabajo, el gas inerte xenón, pasa a través del ánodo anular y entra en una cámara de descarga de gas con un compensador catódico. A alto voltaje, una chispa parpadea entre el ánodo y el cátodo, ionizando el gas y dando como resultado plasma. Los iones cargados positivamente salen a través de la boquilla a alta velocidad, adquiridos debido a la aceleración del campo eléctrico, y los electrones son eliminados por el cátodo compensador.
Los propulsores electromagnéticos tienen su propio campo magnético, externo o interno, que acelera las partículas cargadas del fluido de trabajo.
Los propulsores de impulsos funcionan evaporando combustible sólido bajo la influencia de descargas eléctricas.
Ventajas y desventajas de los motores de propulsión eléctrica, ámbito de uso.
Entre las ventajas de ERD:
- impulso específico elevado, cuyo límite superior es prácticamente ilimitado;
- Bajo consumo de combustible (fluido de trabajo).
Defectos:
- alto nivel de consumo de electricidad;
- complejidad del diseño;
- ligera tracción.
Hoy en día, el uso de motores de propulsión eléctrica se limita a su instalación en satélites espaciales, y para ellos se utilizan baterías solares como fuente de electricidad. Al mismo tiempo, son estos motores los que pueden convertirse en las centrales eléctricas que permitirán explorar el espacio, por lo que en muchos países se está trabajando activamente para crear nuevos modelos de ellos. Son estas centrales eléctricas las que los escritores de ciencia ficción mencionan con mayor frecuencia en sus obras dedicadas a la conquista del espacio, y también se pueden encontrar en películas de ciencia ficción. Por ahora, la propulsión eléctrica es la esperanza de que la gente todavía pueda viajar a las estrellas.
Un motor de cohete eléctrico es un motor de cohete cuyo principio de funcionamiento se basa en el uso de energía eléctrica recibida de una planta de energía a bordo de la nave espacial para generar empuje. El principal campo de aplicación es la corrección menor de trayectorias, así como la orientación espacial de las naves espaciales. Un complejo que consta de un motor de cohete eléctrico, un sistema de suministro y almacenamiento de fluido de trabajo, un sistema de control automático y un sistema de suministro de energía se denomina sistema de propulsión de cohete eléctrico.
La mención de la posibilidad de utilizar energía eléctrica en motores de cohetes para crear empuje se encuentra en los trabajos de K. E. Tsiolkovsky. En 1916-1917 Los primeros experimentos los llevó a cabo R. Goddard, y ya en los años 30. Siglo XX Bajo el liderazgo del vicepresidente Glushko, se creó uno de los primeros motores de cohetes eléctricos.
En comparación con otros motores de cohetes, los eléctricos permiten aumentar la vida útil de una nave espacial y, al mismo tiempo, se reduce significativamente el peso del sistema de propulsión, lo que permite aumentar la carga útil y obtener el peso más completo y características de tamaño. Utilizando motores de cohetes eléctricos, es posible acortar la duración de un vuelo a planetas distantes y también hacer posible un vuelo a cualquier planeta.
A mediados de los años 60. Siglo XX Los motores de cohetes eléctricos se probaron activamente en la URSS y los Estados Unidos, y ya en los años 1970. Se utilizaron como sistemas de propulsión estándar.
En Rusia, la clasificación se basa en el mecanismo de aceleración de partículas. Se pueden distinguir los siguientes tipos de motores: electrotérmicos (calentamiento eléctrico, arco eléctrico), electrostáticos (motores de plasma iónicos, incluidos coloidales, estacionarios con aceleración en la capa anódica), motores de alta precisión (electromagnéticos, magnetodinámicos) y de impulsos.
Como fluido de trabajo se pueden utilizar todos los líquidos y gases, así como sus mezclas. Para cada tipo de motor eléctrico, es necesario utilizar los fluidos de trabajo adecuados para conseguir los mejores resultados. Para los motores electrotérmicos se utiliza tradicionalmente amoníaco, para los electrostáticos se utiliza el xenón, para los motores de alta corriente se utiliza el litio y para los motores de impulsos el fluido de trabajo más eficaz es el fluoroplástico.
Una de las principales fuentes de pérdidas es la energía gastada en ionización por unidad de masa acelerada. La ventaja de los motores de cohetes eléctricos es el bajo flujo másico del fluido de trabajo, así como la alta velocidad del flujo acelerado de partículas. El límite superior de la velocidad de salida está teóricamente dentro de la velocidad de la luz.
Actualmente, para varios tipos de motores, la velocidad de escape oscila entre 16 y 60 km/s, aunque los modelos prometedores podrán proporcionar una velocidad de escape del flujo de partículas de hasta 200 km/s.
La desventaja es la muy baja densidad de empuje; también hay que tener en cuenta que la presión exterior no debe superar la presión en el canal de aceleración. La potencia eléctrica de los modernos motores de cohetes eléctricos utilizados en las naves espaciales oscila entre 800 y 2000 W, aunque la potencia teórica puede alcanzar megavatios. La eficiencia de los motores de cohetes eléctricos es baja y varía del 30 al 60%.
En la próxima década, este tipo de motor cumplirá principalmente tareas de corrección de la órbita de las naves espaciales ubicadas tanto en órbitas geoestacionarias como terrestres bajas, así como para llevar naves espaciales desde la órbita terrestre baja de referencia a otras más altas, como la órbita geoestacionaria. .
Reemplazar un motor de cohete líquido, que sirve como corrector de órbita, por uno eléctrico reducirá la masa de un satélite típico en un 15%, y si se aumenta el período de su permanencia activa en órbita, en un 40%.
