Αρχή και σχεδιασμός λειτουργίας ηλεκτρικού πυραυλοκινητήρα. Ηλεκτρικός κινητήρας τζετ (ΕΠΕ). Υπολογισμός κόστους ηλεκτρικής ενέργειας για ιδιώτες πελάτες
Πολλά μέταλλα.
Συνεχίζοντας την κουβέντα που ξεκινήσαμε, μαθαίνουμε τι είναι ένας ηλεκτρικός κινητήρας τζετ, ποιες είναι οι αρχές λειτουργίας του και το εύρος εφαρμογής του, και θα λάβουμε μάλιστα απάντηση στο ερώτημα αν είναι δυνατή μια πτήση στο άμεσο μέλλον...
Πρώτα ας επιστρέψουμε στο κρουστικές εκρήξεις μετάλλων. Η πιο σημαντική προϋπόθεση για αυτή τη διαδικασία είναι η ταχύτητα του μετάλλου.
Εάν η κρίσιμη ταχύτητα για το ουράνιο είναι 1.500 m/s, για το σίδηρο υπερβαίνει τα 4.000 m/s.
Επομένως, από κάποιους μετεωρίτες που πέφτουν στο έδαφος με την ίδια ή και μεγαλύτερη ταχύτητα, δεν μένει ίχνος. Μετατρέπονται στα πιο λεπτά...
Αυτό το χαρακτηριστικό παρατηρήθηκε το 1929 από τον διάσημο δημιουργό των κινητήρων και των πυραύλων μας, Valentin Petrovich Glushko.
Φωτογραφία 1. Ακαδημαϊκός Valentin Petrovich Glushko
Έγραψε ένα άρθρο με τον πολύ ενδιαφέροντα τίτλο «Το μέταλλο ως εκρηκτικό».
Στις πρώτες του γραμμές, ο συγγραφέας είπε ότι δεν μιλάμε για χρήση μετάλλου ως εκρηκτικό, αλλά ότι όταν ένας αρκετά ισχυρός παλμός ηλεκτρικού ρεύματος διέρχεται από ένα μεταλλικό σύρμα, μπορεί να συμβεί έκρηξη.
Η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 300.000 βαθμούς. Η ενέργεια μιας τέτοιας έκρηξης είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια της έκρηξης του πιο ισχυρού εκρηκτικού που λαμβάνεται σε ποσότητα ίση με τη μάζα του σύρματος.
Σε αυτή την περίπτωση, η ίδια η ενέργεια υπερβαίνει την ενέργεια του τρέχοντος παλμού που την προκάλεσε.
Ηλεκτρικός κινητήρας τζετ
Η ενέργεια μιας τέτοιας έκρηξης χρησιμοποιήθηκε από τον V.P. Glushko σε μικρογραφία ηλεκτρικός κινητήρας τζετ (EPE), που αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1930.
Ο κινητήρας χωράει εύκολα στην παλάμη του χεριού σας.
Ένα μεταλλικό σύρμα τροφοδοτήθηκε σε αυτό και δόθηκαν ηλεκτρικές ώσεις, μετατρέποντάς το σε ατμό.
Φωτογραφία 2. Ηλεκτρικός κινητήρας τζετ (ΕΠΕ), δημιουργία V.P. Glushko το 1929-1933.
Αυτός ο ατμός έβγαινε μέσω ενός ειδικού ακροφυσίου με ταχύτητα πολλών δεκάδων χιλιάδων μέτρων ανά δευτερόλεπτο.
Για να φτάσει ταχύτητα 30 km/s σε 4 μήνες, ο κινητήρας πρέπει να καταναλώνει ισχύ... 300 W.
Όχι τόσο πολύ, 3 φορές λιγότερη δύναμη του σιδήρου! Αλλά το σίδερο έχει πρίζα, και πού μπορώ να βρω πρίζα;
Ως πηγή ενέργειας για έναν πύραυλο εξοπλισμένο με κινητήρα ηλεκτρικής πρόωσης, ο V.P. Ο Glushko πρότεινε τη χρήση φωτοκυττάρων.
Ένας πύραυλος εξοπλισμένος με τέτοιους κινητήρες δεν μπορεί να πάει στο διάστημα μόνος του. Για την εκκίνηση, πρέπει να χρησιμοποιηθεί διαφορετικός κινητήρας.
Αλλά μετά την είσοδο στο διάστημα, ένας «ηλιακός» πύραυλος εξοπλισμένος με κινητήρα ηλεκτρικής πρόωσης θα μπορούσε, μέσα σε λίγες μέρες, να φτάσει σε ταχύτητα που είναι απρόσιτη σε οποιονδήποτε άλλο τύπο πυραύλου.
Ένα παρόμοιο σχέδιο πτήσης προς τον Άρη εξετάζεται επί του παρόντος στο ρωσικό έργο για την προσγείωση κοσμοναυτών στον Κόκκινο Πλανήτη.
Ένα συγκρότημα που αποτελείται από ένα σύνολο κινητήρων ηλεκτρικής πρόωσης, ένα σύστημα αποθήκευσης και παροχής υγρών εργασίας (SHiP), ένα σύστημα αυτόματου ελέγχου (ACS) και ένα σύστημα τροφοδοσίας ισχύος (SPS) ονομάζεται σύστημα ηλεκτρικής πρόωσης (EPS).
Η ιδέα της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας σε κινητήρες τζετ για επιτάχυνση προέκυψε σχεδόν στην αρχή της ανάπτυξης της τεχνολογίας πυραύλων. Είναι γνωστό ότι μια τέτοια ιδέα εκφράστηκε από τον Κ. Ε. Τσιολκόφσκι. Το -1917, ο R. Goddard πραγματοποίησε τα πρώτα πειράματα και στη δεκαετία του '30 του 20ού αιώνα στην ΕΣΣΔ, υπό την ηγεσία του V.P. Glushko, δημιουργήθηκε ένας από τους πρώτους κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης που λειτουργούσαν.
Από την αρχή, θεωρήθηκε ότι ο διαχωρισμός της πηγής ενέργειας και της επιταχυνόμενης ουσίας θα εξασφάλιζε υψηλή ταχύτητα εξάτμισης του ρευστού εργασίας (PT), καθώς και χαμηλότερη μάζα του διαστημικού σκάφους (SC) λόγω μείωσης στη μάζα του αποθηκευμένου ρευστού εργασίας. Πράγματι, σε σύγκριση με άλλους κινητήρες πυραύλων, οι κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης καθιστούν δυνατή τη σημαντική αύξηση της ενεργού διάρκειας ζωής (AS) ενός διαστημικού σκάφους, ενώ μειώνουν σημαντικά τη μάζα του συστήματος πρόωσης (PS), το οποίο, κατά συνέπεια, καθιστά δυνατή την αύξηση το ωφέλιμο φορτίο ή να βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά βάρους-διαστάσεων του ίδιου του διαστημικού σκάφους.
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η χρήση ηλεκτρικής πρόωσης θα μειώσει τη διάρκεια των πτήσεων σε μακρινούς πλανήτες (σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και θα κάνει τέτοιες πτήσεις δυνατές) ή, με την ίδια διάρκεια πτήσης, θα αυξήσει το ωφέλιμο φορτίο.
Ταξινόμηση κινητήρων ηλεκτρικών πυραύλων αποδεκτή στη ρωσική βιβλιογραφία
Οι ETD, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε κινητήρες ηλεκτρικής θέρμανσης (END) και ηλεκτρικού τόξου (EDA).
Οι ηλεκτροστατικοί κινητήρες χωρίζονται σε μηχανές ιόντων (συμπεριλαμβανομένων των κολλοειδών) (ID, CD) - επιταχυντές σωματιδίων σε μονοπολική δέσμη και επιταχυντές σωματιδίων σε σχεδόν ουδέτερο πλάσμα. Οι τελευταίοι περιλαμβάνουν επιταχυντές με κλειστή μετατόπιση ηλεκτρονίων και εκτεταμένη (UZDP) ή συντομευμένη (UZDU) ζώνη επιτάχυνσης. Οι πρώτοι ονομάζονται συνήθως σταθεροί κινητήρες πλάσματος (SPD), και το όνομα εμφανίζεται επίσης (ολοένα και λιγότερο συχνά) - γραμμικός κινητήρας Hall (LHD), στη δυτική βιβλιογραφία ονομάζεται κινητήρας Hall. Οι κινητήρες υπερήχων ονομάζονται συνήθως κινητήρες με επιτάχυνση ανόδου (LAM).
Αυτά περιλαμβάνουν κινητήρες με δικό τους μαγνητικό πεδίο και κινητήρες με εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (για παράδειγμα, κινητήρας Hall που είναι τοποθετημένος στο άκρο - THD).
Οι παλμικοί κινητήρες χρησιμοποιούν την κινητική ενέργεια των αερίων που παράγεται από την εξάτμιση ενός στερεού σε μια ηλεκτρική εκκένωση.
Οποιαδήποτε υγρά και αέρια, καθώς και τα μείγματά τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ρευστό εργασίας σε κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης. Ωστόσο, για κάθε τύπο κινητήρα υπάρχουν υγρά εργασίας, η χρήση των οποίων σας επιτρέπει να επιτύχετε τα καλύτερα αποτελέσματα. Η αμμωνία χρησιμοποιείται παραδοσιακά για ETD, xenon για ηλεκτροστατική, λίθιο για υψηλού ρεύματος και φθοροπλαστικό για παλμικό.
Το μειονέκτημα του xenon είναι το κόστος του, λόγω της μικρής ετήσιας παραγωγής του (λιγότερο από 10 τόνους ετησίως παγκοσμίως), που αναγκάζει τους ερευνητές να αναζητήσουν άλλα RT με παρόμοια χαρακτηριστικά, αλλά λιγότερο ακριβά. Το αργόν θεωρείται ως ο κύριος υποψήφιος για αντικατάσταση. Είναι επίσης αδρανές αέριο, αλλά, σε αντίθεση με το ξένο, έχει υψηλότερη ενέργεια ιονισμού με μικρότερη ατομική μάζα. Η ενέργεια που δαπανάται για ιονισμό ανά μονάδα επιταχυνόμενης μάζας είναι μία από τις πηγές απωλειών απόδοσης.
Οι κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης χαρακτηρίζονται από χαμηλό ρυθμό ροής μάζας RT και υψηλή ταχύτητα εκροής μιας επιταχυνόμενης ροής σωματιδίων. Το κατώτερο όριο της ταχύτητας εξάτμισης συμπίπτει περίπου με το ανώτερο όριο της ταχύτητας εξάτμισης ενός πίδακα χημικού κινητήρα και είναι περίπου 3.000 m/s. Το ανώτερο όριο είναι θεωρητικά απεριόριστο (εντός της ταχύτητας του φωτός), ωστόσο, για πολλά υποσχόμενα μοντέλα κινητήρων, θεωρείται ταχύτητα που δεν υπερβαίνει τα 200.000 m/s. Επί του παρόντος, για κινητήρες διαφόρων τύπων, η βέλτιστη ταχύτητα εξάτμισης θεωρείται ότι είναι από 16.000 έως 60.000 m/s.
Λόγω του γεγονότος ότι η διαδικασία επιτάχυνσης σε έναν κινητήρα ηλεκτρικής πρόωσης λαμβάνει χώρα σε χαμηλή πίεση στο κανάλι επιτάχυνσης (η συγκέντρωση σωματιδίων δεν υπερβαίνει τα 10 20 σωματίδια/m³), η πυκνότητα ώσης είναι αρκετά χαμηλή, γεγονός που περιορίζει τη χρήση κινητήρων ηλεκτρικής πρόωσης : η εξωτερική πίεση δεν πρέπει να υπερβαίνει την πίεση στο κανάλι επιτάχυνσης και η επιτάχυνση του διαστημικού σκάφους είναι πολύ μικρή (δέκα ή και εκατοστά σολ ). Εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα μπορεί να είναι η EDD σε μικρά διαστημόπλοια.
Η ηλεκτρική ισχύς των κινητήρων ηλεκτρικής πρόωσης κυμαίνεται από εκατοντάδες watt έως μεγαβάτ. Οι κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε διαστημόπλοια έχουν ισχύ από 800 έως 2.000 W.
Ηλεκτρικός κινητήρας τζετ στο Πολυτεχνικό Μουσείο, Μόσχα. Δημιουργήθηκε το 1971 στο Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας που πήρε το όνομά του. I. V. Kurchatova
Το 1964, στο σύστημα ελέγχου στάσης του σοβιετικού διαστημικού σκάφους Zond-2, 6 διαβρωτικοί παλμικοί προωθητές που λειτουργούσαν σε φθοροπλαστικό λειτούργησαν για 70 λεπτά. οι θρόμβοι πλάσματος που προέκυψαν είχαν θερμοκρασία ~ 30.000 K και έρεαν με ταχύτητα έως και 16 km/s (η συστοιχία πυκνωτών είχε χωρητικότητα 100 μ, η τάση λειτουργίας ήταν ~ 1 kV). Στις ΗΠΑ, παρόμοιες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν το 1968 στο διαστημόπλοιο LES-6. Το 1961, ένας παλμικός τροχόδρομος της αμερικανικής εταιρείας Republic Aviation ανέπτυξε ώθηση 45 mN στο περίπτερο με ταχύτητα εξάτμισης 10-70 km/s.
Την 1η Οκτωβρίου 1966, το αυτόματο εργαστήριο ιονόσφαιρας Yantar-1 εκτοξεύτηκε σε υψόμετρο 400 km από έναν γεωφυσικό πύραυλο τριών σταδίων 1YA2TA για να μελετήσει την αλληλεπίδραση του ρεύματος εκτόξευσης ενός ηλεκτρικού πυραυλοκινητήρα (ERE), που λειτουργεί με αργό, με ιονόσφαιρο πλάσμα. Ο πειραματικός κινητήρας ηλεκτρικής πρόωσης ιόντων πλάσματος ενεργοποιήθηκε για πρώτη φορά σε υψόμετρο 160 km και κατά τη διάρκεια της πτήσης που ακολούθησε πραγματοποιήθηκαν 11 κύκλοι λειτουργίας του. Επιτεύχθηκε ταχύτητα ροής πίδακα περίπου 40 km/s. Το εργαστήριο Yantar έφτασε σε καθορισμένο ύψος πτήσης 400 km, η πτήση διήρκεσε 10 λεπτά, ο κινητήρας ηλεκτρικής πρόωσης λειτούργησε σταθερά και ανέπτυξε μια σχεδιαστική ώθηση πέντε γραμμαρίων δύναμης. Η επιστημονική κοινότητα έμαθε για το επίτευγμα της σοβιετικής επιστήμης από μια έκθεση του TASS.
Στη δεύτερη σειρά πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε άζωτο. Η ταχύτητα της εξάτμισης αυξήθηκε στα 120 km/s. Το 1971 κυκλοφόρησαν τέσσερις παρόμοιες συσκευές (σύμφωνα με άλλες πηγές, πριν από το 1970 υπήρχαν έξι συσκευές).
Το φθινόπωρο του 1970, ένα ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης ramjet πέρασε με επιτυχία δοκιμές σε πραγματική πτήση. Τον Οκτώβριο του 1970, στο XXI Συνέδριο της Διεθνούς Αστρονομικής Ομοσπονδίας, Σοβιετικοί επιστήμονες - Καθηγητής G. Grodzovsky, Υποψήφιοι Τεχνικών Επιστημών Yu. Danilov και N. Kravtsov, Υποψήφιοι Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών M. Marov και V. Nikitin, Διδάκτωρ Τεχνικές Επιστήμες V. Utkin - αναφέρθηκε σχετικά με τη δοκιμή ενός συστήματος αεροπροώθησης. Η καταγεγραμμένη ταχύτητα τζετ έφτασε τα 140 km/s.
Το 1971, το σύστημα διόρθωσης του σοβιετικού μετεωρολογικού δορυφόρου "Meteor" λειτουργούσε δύο σταθερές μηχανές πλάσματος που αναπτύχθηκαν από το Fakel Design Bureau, καθένας από τους οποίους, με τροφοδοσία ισχύος ~ 0,4 kW, ανέπτυξε ώση 18-23 mN και εξάτμιση ταχύτητα άνω των 8 km/s. Τα RD είχαν μέγεθος 108×114×190 mm, μάζα 32,5 kg και απόθεμα Xenon (συμπιεσμένο xenon) 2,4 kg. Κατά τη διάρκεια μιας εκκίνησης, ένας από τους κινητήρες λειτούργησε συνεχώς για 140 ώρες. Αυτό το σύστημα ηλεκτρικής πρόωσης φαίνεται στο σχήμα.
Ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες χρησιμοποιούνται επίσης στην αποστολή Dawn. Προγραμματισμένη χρήση στο έργο BepiColombo.
Αν και οι ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες έχουν χαμηλή ώση σε σύγκριση με τους πυραύλους υγρού καυσίμου, είναι ικανοί να λειτουργούν για μεγάλες χρονικές περιόδους και ικανοί να πετούν αργά σε μεγάλες αποστάσεις.
Αυτή η ευρεία κατηγορία κινητήρων συνδυάζει διάφορους τύπους κινητήρων που αναπτύσσονται επί του παρόντος πολύ εντατικά. Το ρευστό εργασίας επιταχύνεται σε μια ορισμένη ταχύτητα εξάτμισης χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια λαμβάνεται από ένα πυρηνικό ή ηλιακό εργοστάσιο που βρίσκεται στο διαστημόπλοιο (κατ 'αρχήν, ακόμη και από μια χημική μπαταρία). Είναι δυνατόν να διανοηθούν πολυάριθμοι τύποι συστημάτων πρόωσης επί του σκάφους.
Τα σχέδια των ηλεκτροκινητήρων που αναπτύσσονται είναι εξαιρετικά διαφορετικά. Θα εξετάσουμε τρεις κύριες ομάδες ηλεκτρικών κινητήρων, που διαφέρουν στον τρόπο με τον οποίο εκτοξεύεται το υγρό εργασίας από τον πύραυλο. (Ωστόσο, άλλοι τρόποι ταξινόμησης των ηλεκτροκινητήρων είναι δυνατοί
Ηλεκτροθερμικοί κινητήρες. Αυτοί οι κινητήρες, όπως όλοι αυτοί που έχουμε εξετάσει μέχρι τώρα, είναι θερμικοί κινητήρες. Το υγρό εργασίας (υδρογόνο) που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία μετατρέπεται σε πλάσμα - ένα ηλεκτρικά ουδέτερο μείγμα
θετικά ιόντα και ηλεκτρόνια. Οι μέθοδοι ηλεκτρικής θέρμανσης μπορεί να είναι διαφορετικές: θέρμανση σε ηλεκτρικό τόξο (Εικ. 10), χρησιμοποιώντας θερμαντικά στοιχεία βολφραμίου, μέσω ηλεκτρικής εκκένωσης και άλλα
Ρύζι. 10. Διάγραμμα κινητήρα ηλεκτρικού τόξου
Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών δοκιμών κινητήρων ηλεκτρικού τόξου, επιτεύχθηκε ταχύτητα εξάτμισης της τάξης μεγέθους. Εάν είναι δυνατή η μαγνητική απομόνωση του πλάσματος από τα τοιχώματα του θαλάμου ώθησης, η θερμοκρασία του πλάσματος μπορεί να είναι πολύ υψηλή και η ταχύτητα εξάτμισης φέρεται σε Οι αντιδραστικές επιταχύνσεις στους ηλεκτροθερμικούς κινητήρες θα είναι της τάξης του .
Ο πρώτος ηλεκτροθερμικός κινητήρας στον κόσμο αναπτύχθηκε το 1929-1933. στη Σοβιετική Ένωση υπό την ηγεσία του V.P. Glushko στο περίφημο Gas Dynamics Laboratory.
Ηλεκτροστατικοί (ιονικοί) κινητήρες. Σε αυτούς τους κινητήρες, για πρώτη φορά βρισκόμαστε αντιμέτωποι με «ψυχρή» επιτάχυνση του ρευστού εργασίας. Σωματίδια του ρευστού εργασίας (ζεύγη εύκολα ιονιζόμενων μετάλλων, όπως το ρουβίδιο ή το καίσιο) χάνουν τα ηλεκτρόνια τους στον ιονιστή και επιταχύνονται σε υψηλή ταχύτητα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Προκειμένου το ηλεκτρικό φορτίο του πίδακα φορτισμένων σωματιδίων πίσω από τη συσκευή να μην παρεμβαίνει στην περαιτέρω εκροή, αυτός ο πίδακας εξουδετερώνεται έξω από αυτό με την εκτόξευση ηλεκτρονίων που λαμβάνονται από τα άτομα (Εικ. 11).
Ρύζι. 11. Σχηματικό διάγραμμα του κινητήρα
Δεν υπάρχουν περιορισμοί θερμοκρασίας σε έναν κινητήρα ιόντων. Επομένως, καταρχήν, είναι δυνατό να επιτευχθούν αυθαίρετα υψηλές ταχύτητες καυσαερίων, μέχρι εκείνες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, οι υπερβολικά υψηλές ταχύτητες καυσαερίων πρέπει να εξαιρεθούν από την εξέταση, καθώς θα απαιτούσαν τεράστια ισχύ από το εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής στο πλοίο.
Ρύζι. 12. Σχήμα σχηματισμού κινούμενων πλασμοειδών σε μηχανή πλάσματος «παλμικού» 11.18].
Σε αυτή την περίπτωση, η μάζα του συστήματος πρόωσης θα αυξανόταν πολύ περισσότερο από την ώθηση, και ως αποτέλεσμα, η αντιδραστική επιτάχυνση θα μειωνόταν πολύ. Ο σκοπός της διαστημικής πτήσης, η διάρκειά της και η ποιότητα του σταθμού παραγωγής ενέργειας καθορίζουν την καλύτερη, βέλτιστη ταχύτητα εξάτμισης για μια δεδομένη εργασία. Είναι, σύμφωνα με ορισμένους συγγραφείς, εντός των ορίων, και κατά άλλους, , . Οι κινητήρες ιόντων θα είναι σε θέση να προσφέρουν επιτάχυνση τζετ της τάξης του .
Ορισμένοι ειδικοί εναποθέτουν μεγάλες ελπίδες σε έναν ειδικό τύπο ηλεκτροστατικού κινητήρα - κολλοειδούς κινητήρα. Αυτοί οι κινητήρες επιταχύνουν μεγάλα φορτισμένα μόρια και ακόμη και ομάδες μορίων ή σωματιδίων σκόνης με διάμετρο περίπου 1 micron.
Ρύζι. 13. Διάγραμμα μαγνητοϋδροδυναμικού κινητήρα με διασταυρούμενα πεδία.
Μαγνητοϋδροδυναμικοί (ηλεκτροδυναμικοί, ηλεκτρομαγνητικοί, μαγνήτης-πλάσμα, «πλάσμα») κινητήρες. Αυτή η ομάδα κινητήρων συνδυάζει μια τεράστια ποικιλία σχημάτων στα οποία το πλάσμα επιταχύνεται σε μια ορισμένη ταχύτητα εκροής αλλάζοντας το μαγνητικό πεδίο ή με την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Οι συγκεκριμένες μέθοδοι για την επιτάχυνση του πλάσματος, καθώς και τη λήψη του, είναι πολύ διαφορετικές. Σε μια μηχανή πλάσματος (Εικ. 12), ένας θρόμβος πλάσματος («πλασμοειδές») επιταχύνεται από μαγνητική πίεση. Στον «κινητήρα με διασταυρωμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία» (Εικ. 13) μέσω του πλάσματος,
τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο, διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα (το πλάσμα είναι καλός αγωγός) και ως αποτέλεσμα το πλάσμα αποκτά ταχύτητα (όπως ένα συρμάτινο πλαίσιο με ρεύμα τοποθετημένο σε μαγνητικό πεδίο). Η βέλτιστη ταχύτητα εξάτμισης για μαγνητοϋδροδυναμικούς κινητήρες είναι πιθανό να είναι της τάξης της επιτάχυνσης τζετ
Σε εργαστηριακές δοκιμές μαγνητοϋδροδυναμικών κινητήρων, ταχύτητες καυσαερίων έως .
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι δύσκολο να ταξινομηθεί ένας κινητήρας σε μια κατηγορία ή στην άλλη.
Ηλεκτροκινητήρες με πρόσληψη ρευστού εργασίας από την ανώτερη ατμόσφαιρα. Ένα αεροσκάφος που κινείται στην ανώτερη ατμόσφαιρα μπορεί να χρησιμοποιήσει το σπάνιο εξωτερικό περιβάλλον ως ρευστό εργασίας για έναν ηλεκτροκινητήρα. Ένας τέτοιος ηλεκτροκινητήρας είναι παρόμοιος με έναν κινητήρα που αναπνέει αέρα στην κατηγορία των χημικών κινητήρων. Το αέριο που εισέρχεται μέσω της εισαγωγής αέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρευστό εργασίας είτε απευθείας είτε μετά από συσσώρευση (και πιθανώς υγροποίηση) σε δεξαμενές. Είναι επίσης πιθανό το λειτουργικό ρευστό να συσσωρευτεί στις δεξαμενές ενός αεροσκάφους και στη συνέχεια να αντληθεί στις δεξαμενές ενός άλλου αεροσκάφους.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα όλων των τύπων ηλεκτροκινητήρων είναι η ευκολία ρύθμισης της πρόσφυσης. Μια σοβαρή δυσκολία είναι η ανάγκη να απαλλαγούμε από την υπερβολική θερμότητα που παράγεται από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Αυτή η περίσσεια δεν παρασύρεται από το ρευστό εργασίας και δεν δίνεται στο περιβάλλον, που πρακτικά απουσιάζει στον παγκόσμιο χώρο. Μπορείτε να το ξεφορτωθείτε μόνο με τη βοήθεια καλοριφέρ με μεγάλη επιφάνεια.
Το 1964, οι Ηνωμένες Πολιτείες διεξήγαγαν την πρώτη επιτυχημένη δοκιμή για 31 λεπτά μιας μηχανής ιόντων τοποθετημένης σε δοχείο που εκτοξεύτηκε σε βαλλιστική τροχιά. Σε πραγματικές διαστημικές συνθήκες, οι κινητήρες ιόντων και πλάσματος δοκιμάστηκαν για πρώτη φορά στο σοβιετικό πλοίο Voskhod-1 και στο σοβιετικό σταθμό Zond-2, που εκτοξεύτηκε το 1964 ("Zond-2" - προς τον Άρη). Μαζί με τα συμβατικά, χρησιμοποιήθηκαν σε συστήματα προσανατολισμού. Τον Απρίλιο του 1965, μια μηχανή υγρού ιόντος καισίου δοκιμάστηκε μαζί με τον πυρηνικό αντιδραστήρα Snap-10A στον δορυφόρο American Earth, αναπτύσσοντας ώθηση (αντί για κινητήρες ιόντων καισίου με υπολογισμένη ρυθμιζόμενη ώθηση και ηλεκτροθερμικές μηχανές που χρησιμοποιούν υγρή αμμωνία ως ρευστό εργασίας και αναπτυσσόμενη ώθηση είχαν δοκιμαστεί στο παρελθόν με διαφορετική επιτυχία σε μια σειρά δορυφόρων που εκτοξεύτηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες από το 1966.
Ηλεκτρικός κινητήρας πυραύλων (ERD)
Η περιορισμένη χρήση κινητήρων ηλεκτρικής πρόωσης συνδέεται με την ανάγκη για υψηλή κατανάλωση ισχύος (10-100 kWκατά 1 nέλξη). Λόγω της παρουσίας ενός ενσωματωμένου σταθμού παραγωγής ενέργειας (και άλλων βοηθητικών συστημάτων), καθώς και λόγω της χαμηλής πυκνότητας ώσης, μια συσκευή με κινητήρα ηλεκτρικής πρόωσης έχει χαμηλή επιτάχυνση. Ως εκ τούτου, οι κινητήρες ηλεκτρικής πρόωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε διαστημόπλοια που πετούν είτε σε συνθήκες αδύναμων βαρυτικών πεδίων είτε σε κοντινές πλανητικές τροχιές. Χρησιμοποιούνται για προσανατολισμό, διόρθωση τροχιών διαστημικών σκαφών και άλλες λειτουργίες που δεν απαιτούν μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Τα ηλεκτροστατικά, το plasma Hall και άλλα συστήματα ηλεκτρικής πρόωσης θεωρούνται πολλά υποσχόμενα ως οι κύριοι κινητήρες των διαστημικών σκαφών. Λόγω της μικρής εκτινασσόμενης μάζας του RT, ο χρόνος συνεχούς λειτουργίας τέτοιων κινητήρων ηλεκτρικής πρόωσης θα μετρηθεί σε μήνες και χρόνια. η χρήση τους αντί των υφιστάμενων τροχόδρομων χημικών θα αυξήσει τη μάζα ωφέλιμου φορτίου του διαστημικού σκάφους. Η ιδέα της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή ώθησης προτάθηκε από τον K. E. Tsiolkovsky και άλλους πρωτοπόρους της αστροναυτικής. Το 1916-17, ο R. Goddard (ΗΠΑ) επιβεβαίωσε την πραγματικότητα αυτής της ιδέας με πειράματα. Το 1929-33, ο V. P. Glushko (ΕΣΣΔ) δημιούργησε μια πειραματική ηλεκτρική μηχανή πρόωσης. Το 1964 στην ΕΣΣΔ, οι παλμικοί προωθητές πλάσματος δοκιμάστηκαν στο διαστημόπλοιο τύπου Zond, το 1966-71 στο διαστημόπλοιο Yantar - προωθητές ιόντων, το 1972 στο διαστημόπλοιο Meteor - οιονεί σταθεροί προωθητές πλάσματος. Διάφοροι τύποι συστημάτων ηλεκτρικής πρόωσης έχουν δοκιμαστεί από το 1964 στις ΗΠΑ: σε βαλλιστική πτήση, και στη συνέχεια σε διαστημική πτήση (σε ATS, CERT-2, κ.λπ.). Εργασίες σε αυτόν τον τομέα πραγματοποιούνται επίσης στη Μεγάλη Βρετανία, τη Γαλλία, τη Γερμανία και την Ιαπωνία. Λιτ.: Corliss W.R., Μηχανές πυραύλων για διαστημικές πτήσεις, μετάφρ. from English, Μ., 1962; Stuhlinger E., Μηχανές ιόντων για διαστημικές πτήσεις, μετάφρ. από τα αγγλικά Μ., 1966; Gilzin K. A., Electric interplanetary ships, 2nd ed., M., 1970; Gurov A.F., Sevruk D.D., Surnov D.N., Σχεδιασμός και υπολογισμός αντοχής διαστημικών ηλεκτρικών πυραύλων μηχανών, Μ., 1970; Favorsky O. N., Fishgoit V, V., Yantovsky E. I., Fundamentals of the theory of space electric propulsion systems, M., 1970; Grishin S. D., Leskov L. V., Kozlov N. P., Electric rocket engines, M., 1975. Yu. M. Trushin.
Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια. - Μ.: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια. 1969-1978 .
Δείτε τι είναι το "Electric Rocket Engine" σε άλλα λεξικά:
Ένας πυραυλοκινητήρας στον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια του εποχούμενου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής ενός διαστημικού σκάφους χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας για τη δημιουργία ώθησης. Χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της τροχιάς και του προσανατολισμού του διαστημικού σκάφους... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό
- Πυραυλοκινητήρας (EP), η αρχή λειτουργίας του οποίου βασίζεται στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε κατευθυνόμενη κινητική ενέργεια σωματιδίων. Υπάρχουν επίσης ονόματα που περιλαμβάνουν τις λέξεις reactive και propulsion. Ένα συγκρότημα που αποτελείται από... ... Wikipedia
Ένας πυραυλοκινητήρας που χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια από την ενσωματωμένη μονάδα παραγωγής ενέργειας ενός διαστημικού σκάφους για να δημιουργήσει ώση. Χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της τροχιάς και του προσανατολισμού του διαστημικού σκάφους. Ηλεκτρικός πύραυλος...... εγκυκλοπαιδικό λεξικό
ηλεκτροκινητήρα πυραύλων- elektrinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma naudojant raketos energijos šaltinio elektros energiją. Pagal veikimo principą skiriamas elektroterminis, elektrostatinis ir… … Artilerijos Terminų žodynas
- Πυραυλοκινητήρας (EP), στον οποίο το υγρό εργασίας επιταχύνεται σε πολύ υψηλές ταχύτητες (αδύνατες σε χημικούς πυραυλοκινητήρες) με τη βοήθεια ηλεκτρισμού. ενέργεια. Η ERD χαρακτηρίζεται από υψηλό ρυθμό. παρόρμηση και μεγάλες σχέσεις. ηλεκτρική μάζα... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Πολυτεχνικό Λεξικό
Ηλεκτρομαγνητική μηχανή πυραύλων, μηχανή πυραύλων πλάσματος, ηλεκτρική πρόωση ηλεκτρικής πυραυλικής μηχανής που δημιουργεί ώθηση λόγω επιτάχυνσης στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του ρευστού εργασίας, που μετατρέπεται σε πλάσμα. Οι αρχές λειτουργίας της ηλεκτρικής πρόωσης αποτελούνται από δύο κύριες... ... Wikipedia
Ρωσικοί ηλεκτροστατικοί (στάσιμοι κινητήρες πλάσματος) Ηλεκτρικός πυραυλοκινητήρας είναι ένας ηλεκτροστατικός ηλεκτροστατικός πυραυλοκινητήρας, η επιτάχυνση των σωματιδίων του ρευστού εργασίας στο οποίο πραγματοποιείται σε ηλεκτροστατικό πεδίο. Ελ... Βικιπαίδεια
Ένας ηλεκτρικός κινητήρας πρόωσης που λειτουργεί με τη λειτουργία βραχυπρόθεσμων παλμών που διαρκούν από αρκετά μικροδευτερόλεπτα έως αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα ενεργοποίησης του ωστικού παλμού και τη διάρκεια των παλμών, είναι δυνατό να ληφθούν τυχόν απαιτούμενες τιμές του συνολικού παλμού ώθησης. Τηλεχειριστήριο με... ... Wikipedia
Αυτός ο τύπος ηλεκτρικού πυραυλοκινητήρα χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι αρχικά χρησιμοποιείται ηλεκτρική ενέργεια για τη θέρμανση του ρευστού εργασίας (αερίου). Στη συνέχεια, η θερμική ενέργεια του πίδακα μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του πίδακα στο ακροφύσιο. Συνήθως αυτό είναι... ... Wikipedia
- (RD) Ένας κινητήρας τζετ που χρησιμοποιεί για τη λειτουργία του μόνο ουσίες και πηγές ενέργειας που είναι διαθέσιμες σε εφεδρεία σε κινούμενο όχημα (αεροσκάφος, έδαφος, υποβρύχιο). Έτσι, σε αντίθεση με τους κινητήρες αεριωθούμενου αέρα (Βλ.... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια
Ηλεκτρικός κινητήρας πυραύλων
Ένας ηλεκτροκινητήρας πυραύλων είναι ένας πυραυλοκινητήρας του οποίου η αρχή λειτουργίας βασίζεται στη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας που λαμβάνεται από ένα εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής στο διαστημόπλοιο για τη δημιουργία ώθησης. Ο κύριος τομέας εφαρμογής είναι η μικρή διόρθωση τροχιάς, καθώς και ο διαστημικός προσανατολισμός του διαστημικού σκάφους. Ένα συγκρότημα που αποτελείται από έναν ηλεκτρικό πυραυλικό κινητήρα, ένα σύστημα παροχής και αποθήκευσης υγρών λειτουργίας, ένα σύστημα αυτόματου ελέγχου και ένα σύστημα τροφοδοσίας ονομάζεται ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης πυραύλων.
Αναφορά της δυνατότητας χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας σε κινητήρες πυραύλων για τη δημιουργία ώθησης βρίσκεται στα έργα του K. E. Tsiolkovsky. Το 1916-1917 Τα πρώτα πειράματα πραγματοποιήθηκαν από τον R. Goddard, και ήδη στη δεκαετία του '30. ΧΧ αιώνα υπό την ηγεσία του V.P. Glushko, δημιουργήθηκε ένας από τους πρώτους ηλεκτρικούς κινητήρες πυραύλων.
Σε σύγκριση με άλλους κινητήρες πυραύλων, οι ηλεκτρικοί καθιστούν δυνατή την αύξηση της διάρκειας ζωής ενός διαστημικού σκάφους και ταυτόχρονα το βάρος του συστήματος πρόωσης μειώνεται σημαντικά, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση του ωφέλιμου φορτίου και την απόκτηση του πληρέστερου βάρους και χαρακτηριστικά μεγέθους. Χρησιμοποιώντας ηλεκτρικούς κινητήρες πυραύλων, είναι δυνατό να μειωθεί η διάρκεια των πτήσεων σε μακρινούς πλανήτες και επίσης να γίνουν δυνατές οι πτήσεις σε οποιονδήποτε πλανήτη.
Στα μέσα της δεκαετίας του '60. ΧΧ αιώνα Οι ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες δοκιμάστηκαν ενεργά στην ΕΣΣΔ και στις ΗΠΑ, και ήδη στη δεκαετία του 1970. χρησιμοποιήθηκαν ως τυπικά συστήματα πρόωσης.
Στη Ρωσία, η ταξινόμηση βασίζεται στον μηχανισμό της επιτάχυνσης των σωματιδίων. Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι κινητήρων: ηλεκτροθερμικοί (ηλεκτρική θέρμανση, ηλεκτρικό τόξο), ηλεκτροστατικοί (ιονικοί, συμπεριλαμβανομένων των κολλοειδών, σταθερών κινητήρων πλάσματος με επιτάχυνση στο στρώμα ανόδου), κινητήρες υψηλού ρεύματος (ηλεκτρομαγνητικές, μαγνητοδυναμικές) και παλμικοί κινητήρες.
Οποιαδήποτε υγρά και αέρια, καθώς και τα μείγματά τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ρευστό εργασίας. Για κάθε τύπο ηλεκτροκινητήρα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν τα κατάλληλα υγρά εργασίας για να επιτευχθούν τα καλύτερα αποτελέσματα. Η αμμωνία χρησιμοποιείται παραδοσιακά για ηλεκτροθερμικούς κινητήρες, το xenon χρησιμοποιείται για ηλεκτροστατικούς κινητήρες, το λίθιο χρησιμοποιείται για κινητήρες υψηλού ρεύματος και το φθοροπλαστικό είναι το πιο αποτελεσματικό υγρό εργασίας για παλμικούς κινητήρες.
Μία από τις κύριες πηγές απωλειών είναι η ενέργεια που δαπανάται για ιονισμό ανά μονάδα επιταχυνόμενης μάζας. Το πλεονέκτημα των ηλεκτρικών πυραυλοκινητήρων είναι η χαμηλή ροή μάζας του ρευστού εργασίας, καθώς και η υψηλή ταχύτητα της επιταχυνόμενης ροής των σωματιδίων. Το ανώτερο όριο της ταχύτητας εκροής είναι θεωρητικά εντός της ταχύτητας του φωτός.
Επί του παρόντος, για διάφορους τύπους κινητήρων, η ταχύτητα εξάτμισης κυμαίνεται από 16 έως 60 km/s, αν και πολλά υποσχόμενα μοντέλα θα μπορούν να παρέχουν ταχύτητα εξάτμισης της ροής σωματιδίων έως και 200 km/s.
Το μειονέκτημα είναι η πολύ χαμηλή πυκνότητα ώσης· πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η εξωτερική πίεση δεν πρέπει να υπερβαίνει την πίεση στο κανάλι επιτάχυνσης. Η ηλεκτρική ισχύς των σύγχρονων ηλεκτρικών πυραυλοκινητήρων που χρησιμοποιούνται στα διαστημόπλοια κυμαίνεται από 800 έως 2000 W, αν και η θεωρητική ισχύς μπορεί να φτάσει τα μεγαβάτ. Η απόδοση των ηλεκτρικών πυραυλοκινητήρων είναι χαμηλή και κυμαίνεται από 30 έως 60%.
Την επόμενη δεκαετία, αυτός ο τύπος κινητήρα θα εκτελεί κυρίως εργασίες για τη διόρθωση της τροχιάς διαστημικών σκαφών που βρίσκονται τόσο σε γεωστατικές όσο και σε τροχιές χαμηλής Γης, καθώς και για την παράδοση διαστημικών σκαφών από την τροχιά αναφοράς χαμηλής Γης σε υψηλότερες, όπως η γεωστατική τροχιά. .
Η αντικατάσταση ενός κινητήρα υγρού πυραύλου, ο οποίος χρησιμεύει ως διορθωτής τροχιάς, με έναν ηλεκτρικό θα μειώσει τη μάζα ενός τυπικού δορυφόρου κατά 15%, και εάν η περίοδος ενεργού παραμονής του σε τροχιά αυξηθεί, τότε κατά 40%.
Ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς για την ανάπτυξη κινητήρων ηλεκτρικών πυραύλων είναι η βελτίωσή τους προς την κατεύθυνση της αύξησης της ισχύος σε εκατοντάδες μεγαβάτ και η ειδική ώθηση, και είναι επίσης απαραίτητο να επιτευχθεί σταθερή και αξιόπιστη λειτουργία του κινητήρα χρησιμοποιώντας φθηνότερες ουσίες, όπως π. όπως αργό, λίθιο, άζωτο.
Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (ΑΝ) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (DV) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (RA) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (SB) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (SU) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια (EL) του συγγραφέα TSB Από το βιβλίο Μεγάλη Εγκυκλοπαίδεια της Τεχνολογίας συγγραφέας Ομάδα συγγραφέων Από το βιβλίο του συγγραφέα Από το βιβλίο του συγγραφέαΜηχανή πυραύλων αεροπορίας Μια μηχανή πυραύλων αεροπορίας είναι μια μηχανή άμεσης αντίδρασης που μετατρέπει κάποιο είδος πρωτογενούς ενέργειας στην κινητική ενέργεια του ρευστού εργασίας και δημιουργεί ώθηση τζετ. Η δύναμη ώσης εφαρμόζεται απευθείας στο σώμα του πυραύλου
Από το βιβλίο του συγγραφέαΗλεκτρικός κινητήρας γενικής χρήσης Ένας ηλεκτροκινητήρας γενικής χρήσης είναι ένας από τους τύπους μονοφασικών κινητήρων μεταγωγέα με διέγερση σειράς. Μπορεί να λειτουργήσει τόσο με συνεχές όσο και με εναλλασσόμενο ρεύμα. Επιπλέον, όταν χρησιμοποιείτε τη γενική
Από το βιβλίο του συγγραφέαΗλεκτρικός κινητήρας Ο ηλεκτροκινητήρας είναι μια μηχανή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε
Από το βιβλίο του συγγραφέαΜηχανή πυραύλων Vernier Ένας πυραυλοκινητήρας vernier είναι ένας πυραυλοκινητήρας που έχει σχεδιαστεί για να παρέχει έλεγχο του οχήματος εκτόξευσης στην ενεργό φάση. Μερικές φορές χρησιμοποιείται το όνομα "πύραυλος διεύθυνσης".
Από το βιβλίο του συγγραφέαΜηχανή πυραύλων ραδιοϊσοτόπων Μια μηχανή πυραύλων ραδιοϊσοτόπων είναι μια μηχανή πυραύλων στην οποία η θέρμανση του ρευστού εργασίας συμβαίνει λόγω της απελευθέρωσης ενέργειας κατά τη διάσπαση ενός ραδιονουκλιδίου ή τα ίδια τα προϊόντα αντίδρασης διάσπασης δημιουργούν ένα ρεύμα πίδακα. Από άποψη
Από το βιβλίο του συγγραφέαΕπιταχυνόμενος πυραυλικός κινητήρας Ένας επιταχυνόμενος πυραυλικός κινητήρας (κινητήρας προώθησης) είναι ο κύριος κινητήρας ενός αεροσκάφους πυραύλων. Το κύριο καθήκον του είναι να παρέχει την απαιτούμενη ταχύτητα
Από το βιβλίο του συγγραφέαΜηχανή ηλιακών πυραύλων Μια μηχανή ηλιακών πυραύλων, ή μηχανή πυραύλων φωτονίων, είναι μια μηχανή πυραύλων που χρησιμοποιεί μια αντιδραστική ώθηση για να παράγει ώθηση, η οποία δημιουργείται από σωματίδια φωτός, φωτόνια, όταν εκτίθεται σε μια επιφάνεια. Ένα παράδειγμα από τα πιο απλά
Από το βιβλίο του συγγραφέαΜηχανή πυραύλων πέδησης Η μηχανή πυραύλων πέδησης είναι μια μηχανή πυραύλων που χρησιμοποιείται για φρενάρισμα όταν επιστρέφει ένα διαστημόπλοιο στην επιφάνεια της Γης. Το φρενάρισμα είναι απαραίτητο για να μειωθεί η ταχύτητα του διαστημικού σκάφους πριν εισέλθει σε ένα άλλο
