RU149579U1

RU149579U1 - PLASMA MICRO MOTOR

Info

Publication number: RU149579U1
Application number: RU2014131965/28U
Authority: RU
Inventors: Виктор Львович Паперный; Сергей Петрович Горбунов; Константин Николаевич Пухилас
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-01-10

Abstract

Плазменный микродвигатель на основе импульсного вакуумного разряда, содержащий катод, выполненный в виде капилляра, заполненного жидкометаллическим рабочим телом, кольцевой анод, инициирующий электрод, отделенный от катода изолирующей вставкой, кольцевой магнит, соосный с разрядом, помещенный в промежутке между катодом и анодом, силовые линии которого в промежутке между катодом и анодом параллельны оси разряда, а в области за анодом образуют фонтанообразную структуру, и источник питания в виде емкостного накопителя, отличающийся тем, что в двигатель дополнительно введен резервуар с жидким рабочим телом, при этом капилляр выполнен с возможностью поступления по нему рабочего тела за счет капиллярных сил из резервуара в зону разряда, а разрядный контур выполнен в виде коаксиальной конструкции с минимальными габаритами, и накопитель выбирается с минимальной собственной индуктивностью при максимальной емкости.A plasma micromotor based on a pulsed vacuum discharge containing a cathode made in the form of a capillary filled with a liquid metal working fluid, a ring anode, an initiating electrode separated from the cathode by an insulating insert, a ring magnet coaxial with the discharge, placed in the gap between the cathode and the anode, field lines which in the gap between the cathode and the anode are parallel to the discharge axis, and in the region behind the anode they form a fountain-like structure, and a power source in the form of a capacitive storage device, characterized in then a reservoir with a liquid working fluid is additionally introduced into the engine, while the capillary is configured to receive a working fluid through it from the reservoir into the discharge zone due to capillary forces, and the discharge circuit is made in the form of a coaxial design with minimal dimensions, and the storage ring is selected with a minimum proper inductance at maximum capacitance.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для создания реактивной тяги с помощью интенсивных потоков плазмы. Такие устройства обеспечивают скорости истечения плазменной струи более чем на порядок превышающие получаемые в химических двигателях, тем самым обеспечивая существенную экономию рабочего тела. Поэтому они широко используются для орбитальных маневров космических аппаратов (КА), в т.ч. для коррекции орбит, решения задач приведения КА в «рабочую точку», стабилизации его положения в этой точке, изменения «рабочей точки» в случае необходимости и увода с «рабочей точки» по окончании эксплуатации.The proposed utility model relates to devices for generating reactive thrust using intense plasma flows. Such devices provide plasma jet outflow rates that are more than an order of magnitude higher than those obtained in chemical engines, thereby providing significant savings in the working fluid. Therefore, they are widely used for orbital maneuvers of spacecraft (SC), including to correct orbits, to solve the problems of bringing the spacecraft to the “working point”, stabilizing its position at this point, changing the “working point” if necessary and moving it away from the “working point” at the end of operation.

Важными эксплуатационными характеристиками плазменных двигателей являются: удельный импульс I_g (c), равный скорости истечения плазменной струи V_i, деленной на ускорение свободного падения g; тяговый к.п.д. η, равный отношению мощности, развиваемой плазменной струей, к мощности источника питания; эффективность тяги, определяемая как отношение тягового усилия к мощности источника питания Η (Н/Вт или H·c/Дж).Important operational characteristics of plasma engines are: specific impulse I _g (c) equal to the velocity of the plasma jet V _i divided by the gravitational acceleration g; traction efficiency η equal to the ratio of the power developed by the plasma jet to the power of the power source; traction efficiency, defined as the ratio of traction to power supply Η (N / W or H · c / J).

Генерацию плазменной струи можно осуществить, например, в результате абляции поверхности рабочего тела при облучении лазерным пучком. В качестве рабочего тела в таких двигателях используются различные материалы: так в /Патент US 6530212 B64G 1/40, F02K 9/94, F02K 99/00,2000 г./ авторы использовали твердотельное рабочее тело в виде ленты, а в /Патент RU 2338918 F02K 11/00, 2008 г./ - в виде стержня. Недостатком такой конструкции является необходимость использования механической системы подачи рабочего тела в зону лазерной абляции, что усложняет конструкцию двигателя и снижает его надежность при длительном использовании в космосе. Проблема самовосстанавливающейся поверхности решена путем использования жидкого металла, удерживаемого внутри твердотельного капилляра силами поверхностного натяжения /S.A. Popov et al, IEEE Trans. Plasma Sci. - 2011. - V.39. - i.6. p. 1412; Заявка на патент РФ №2012112810 F02K 9/00, 2013 г./. При этом торец капилляра является зоной абляции и находится в фокусе оптической системы. По мере уноса рабочего тела жидкость самостоятельно подтекает за счет капиллярных сил, что не требует использования дополнительных механических устройств. Этот вид лазерно-плазменного двигателя с жидкометаллическим рабочим телом выберем в качестве аналога. Недостатком его является то обстоятельство, что использование лазерного излучения для генерации плазменной струи существенно усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его габариты и массу, уменьшает к.п.д.The generation of a plasma jet can be carried out, for example, as a result of ablation of the surface of the working fluid when irradiated with a laser beam. Various materials are used as a working fluid in such engines: for example, in / Patent US 6530212 B64G 1/40, F02K 9/94, F02K 99 / 00,2000 / the authors used a solid-state working fluid in the form of a tape, and in / Patent RU 2338918 F02K 11/00, 2008 / - in the form of a rod. The disadvantage of this design is the need to use a mechanical system for supplying the working fluid to the laser ablation zone, which complicates the design of the engine and reduces its reliability during prolonged use in space. The problem of the self-healing surface is solved by using liquid metal held inside the solid-state capillary by surface tension forces / S.A. Popov et al, IEEE Trans. Plasma Sci. - 2011. - V.39. - i.6. p. 1412; Application for patent of the Russian Federation No. 20112112810 F02K 9/00, 2013 /. In this case, the capillary end is an ablation zone and is in the focus of the optical system. As the ablation of the working fluid, the fluid independently leaks due to capillary forces, which does not require the use of additional mechanical devices. This type of laser-plasma engine with a liquid metal working fluid is chosen as an analogue. Its disadvantage is the fact that the use of laser radiation to generate a plasma jet significantly complicates the design of the engine, increases its dimensions and mass, and reduces the efficiency

Известен плазменный двигатель на основе импульсного вакуумного разряда с твердотельным катодом /Т. Zhuang et al, Proc. XXXIth IEPC, University of Michigan, USA September 20-24, 2009, 192/. Электродная система разряда состоит из коаксиальных элементов: трубчатого катода и трубчатого анода, разделенных трубчатой изолирующей вставкой. В области вне анода помещен кольцевой магнит (Фиг. 1). Двигатель работает следующим образом: между катодом и анодом прикладывается импульс напряжения от индуктивного накопителя, вследствие чего на границе катода и изолирующей вставки возникает пробой, который приводит к возникновению на поверхности катода катодных пятен, генерирующих катодные микроструи. Двигаясь вдоль магнитных силовых линий из области генерации, микроструи в области выходного отверстия анода сливаются в плазменный поток, который вытекая из отверстия, создает реактивную тягу. Благодаря действию пружины катод прижимается к изолирующей вставке, так что по мере вырабатывания материала катода в область разряда поступают новые порции материала. Недостатком такой конструкции электродной системы является невысокая эффективность использования материала катода, около 60% которого теряется при транспортировке из области генерации к выходному отверстию, согласно данным авторов.Known plasma engine based on a pulsed vacuum discharge with a solid-state cathode / T. Zhuang et al, Proc. XXXIth IEPC, University of Michigan, USA September 20-24, 2009, 192 /. The electrode discharge system consists of coaxial elements: a tubular cathode and a tubular anode, separated by a tubular insulating insert. An annular magnet is placed in the region outside the anode (Fig. 1). The engine operates as follows: a voltage pulse is applied between the cathode and the anode from the inductive storage, as a result of which a breakdown occurs at the boundary of the cathode and the insulating insert, which leads to the appearance of cathode spots on the cathode surface generating cathode microjets. Moving along magnetic field lines from the generation region, microjets in the region of the anode outlet open merge into a plasma stream, which, emerging from the hole, creates a jet thrust. Due to the action of the spring, the cathode is pressed against the insulating insert, so that as the cathode material is developed, new portions of the material enter the discharge region. The disadvantage of this design of the electrode system is the low efficiency of using the cathode material, about 60% of which is lost during transportation from the generation region to the outlet, according to the authors.

Этого недостатка лишен плазменный двигатель, на основе импульсного вакуумного разряда, описанный в работе /Neumann P.R.C. et al // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. V. 18. P. 045005 (8рр/. Электродная система разряда состоит из цилиндрического катода, присоединенного к отрицательному выводу емкостного накопителя; кольцевого анода, присоединенного к положительному выводу накопителя, и поджигающего электрода, отделенного изолирующей вставкой от катода. Включение разряда производится подачей высоковольтного импульсного напряжения между поджигающим электродом и катодом, что приводит к пробою по поверхности изолирующей вставки между ними, создающему предплазму, которая инициирует основной разряд между катодом и кольцевым анодом. Плазменная струя, генерируемая разрядом, вытекает в отверстие анода и создает реактивную тягу. Данный тип двигателя обладает сравнительно высокой эффективностью тяги, достигающей 10^-5 Н/Вт. Это значение является максимальным для плазменных двигателей на основе вакуумного разряда с твердофазным катодом. Известное устройство обладает тем же недостатком, что и двигатели на основе лазерно-плазменных разрядов с твердофазным рабочим телом, а именно, требуется использование специальной механической системы подачи рабочего тела в зону разряда.This drawback is deprived of a plasma engine based on a pulsed vacuum discharge described in / Neumann PRC et al // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. V. 18. P. 045005 (8рр /. The electrode discharge system consists of a cylindrical cathode connected to the negative terminal of the capacitive storage ring annode connected to the positive terminal of the storage device and an ignition electrode separated by an insulating insert from the cathode. The discharge is switched on by applying a high voltage pulse voltage between the ignition electrode and the cathode, which leads to a breakdown on the surface of the insulating insert between them, creating a preplasma that initiates the main discharge between cathode and ring anode Plasma jet generated by the discharge flows into the hole of the anode and creates reactive thrust. This type of engine has a relatively high thrust efficiency, reaching 10 ^-5 N / W. This value is the maximum for plasma engines based on vacuum discharge with solid-phase The known device has the same drawback as engines based on laser-plasma discharges with a solid-phase working fluid, namely, it requires the use of a special mechanical feed system Static preparation of the body into the discharge zone.

Известно устройство на основе импульсного вакуумного разряда с жидкометаллическим катодом, в котором так же как в случае лазерно-плазменного двигателя, проблема подачи рабочего тела в зону разряда решена путем использования жидкого металла, удерживаемого внутри капилляра силами поверхностного натяжения /S.A. Popov et al Proc. XIXth ISDEIV, Xi′an, China, Sept. 18-22, 2000, Р. 83/. Торец капилляра находится в области разряда, где вследствие эрозии расходуется рабочее тело, которое самостоятельно подтекает к торцу капилляра благодаря действию капиллярных сил. Недостатком вакуумных разрядов с катодами из металлов с низкой температурой плавления является малая скорость истечения катодной плазменной струи, так в квазистационарном вакуумном разряде с In катодом она составляет 6×10³ м/с, что соответствует удельному импульсу около 600 с /Anders A. and Yushkov G. Yu. // Journ. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 4824/. Вследствие этого существенно ухудшаются тяговые параметры двигателя на их основе.A device based on a pulsed vacuum discharge with a liquid metal cathode is known, in which, as in the case of a laser-plasma engine, the problem of supplying a working fluid to the discharge zone is solved by using liquid metal held inside the capillary by surface tension forces / Popov et al Proc. XIXth ISDEIV, Xi′an, China, Sept. 18-22, 2000, R. 83 /. The end face of the capillary is located in the discharge region, where, due to erosion, a working fluid is consumed, which independently flows to the end of the capillary due to the action of capillary forces. The disadvantage of vacuum discharges with cathodes made of metals with a low melting point is the low velocity of the cathode plasma jet, so in a quasistationary vacuum discharge with an In cathode it is 6 × 10 ³ m / s, which corresponds to a specific impulse of about 600 s / Anders A. and Yushkov G. Yu. // Journ. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 4824 /. As a result of this, the traction parameters of the engine based on them are significantly worsened.

Ближайшим аналогом является плазменный двигатель на основе низковольтного импульсного вакуумного разряда с катодным узлом в виде капилляра, заполненного жидкометаллическим рабочим телом /В.Л. Паперный, и др. Письма в ЖТФ, 2013, том 39, вып. 5, стр. 17/,. Исследование характеристик предлагаемого устройства производилось на макете, схематически изображенном на Фиг. 2а. Электродная система состоит из катода 1, представляющего собой никелевый капилляр диаметром 0.8 мм, заполненный рабочим телом - эвтектикой (70% Ga+30% In), находящейся в жидком состоянии при комнатной температуре. Капилляр помещен в керамическую трубку 2, с надетым вблизи рабочего торца металлическим кольцом - поджигающим электродом 3. На расстоянии 3 мм от торца трубки расположен сетчатый анод 4, находящийся под потенциалом заземленной вакуумной камеры, где поддерживалось остаточное давление (4-6)×10^-4 Па. Соединенный с катодом накопитель 5, состоит из шести параллельно соединенных малогабаритных низкоиндуктивных конденсаторов 5 суммарной емкостью C=2 мкФ. Конденсаторы 5 расположены между обкладками 6. Обратный токопровод 7 соединен с обкладками 6 и сетчатым анодом 4. Ток измерялся поясом Роговского 8 непосредственно в цепи катода. Для увеличения тяговых характеристик двигателя в конструкцию вводится дополнительный постоянный кольцевой магнит из неодимового сплава, который располагается между катодом и анодом 7.The closest analogue is a plasma engine based on a low-voltage pulsed vacuum discharge with a cathode assembly in the form of a capillary filled with a liquid metal working fluid / V.L. Paperny, et al. Letters in ZhTF, 2013, Volume 39, no. 5, p. 17 / ,. The study of the characteristics of the proposed device was carried out on the layout schematically shown in FIG. 2a. The electrode system consists of cathode 1, which is a nickel capillary with a diameter of 0.8 mm filled with a working fluid - a eutectic (70% Ga + 30% In), which is in a liquid state at room temperature. The capillary is placed in a ceramic tube 2, with a metal ring put on near the working end — an ignition electrode 3. At a distance of 3 mm from the end of the tube there is a mesh anode 4 located under the potential of the grounded vacuum chamber, where the residual pressure was maintained (4-6) × 10 ^{- 4} Pa The drive 5 connected to the cathode consists of six parallel-connected small-sized low-inductance capacitors 5 with a total capacitance C = 2 μF. Capacitors 5 are located between the plates 6. The return conductor 7 is connected to the plates 6 and the mesh anode 4. The current was measured by the Rogowski belt 8 directly in the cathode circuit. To increase the traction characteristics of the engine, an additional permanent ring magnet of neodymium alloy, which is located between the cathode and anode 7, is introduced into the design.

Предложенное устройство обладает двумя недостатками.The proposed device has two disadvantages.

а) Ограниченный ресурс работы, определяемый малым объемом рабочего тела, находящегося в капилляре катодного узла.a) A limited resource of work, determined by the small volume of the working fluid located in the capillary of the cathode assembly.

б) Недостаточно высокие тяговые характеристики двигателя.b) Insufficiently high traction characteristics of the engine.

Задачей предполагаемого изобретения является создание плазменного двигателя на основе импульсного вакуумного разряда с жидкометаллическим катодом, обладающего длительным ресурсом работы и высокими тяговыми характеристиками.The objective of the proposed invention is the creation of a plasma engine based on a pulsed vacuum discharge with a liquid metal cathode, which has a long service life and high traction characteristics.

Поставленная задача достигается тем, что в плазменном двигателе на основе импульсного вакуумного разряда, содержащем катод, выполненный в виде капилляра, заполненного жидкометаллическим рабочим телом, кольцевой анод, инициирующий электрод, отделенный от катода изолирующей вставкой, кольцевой магнит, соосный с разрядом, помещенный в промежутке между катодом и анодом, силовые линии которого в промежутке между катодом и анодом параллельны оси разряда, а в области за анодом образуют фонтанообразную структуру, и источник питания в виде емкостного накопителя, в двигатель дополнительно введен резервуар с жидким рабочим телом, при этом капилляр выполнен с возможностью поступления по нему рабочего тела за счет капиллярных сил из резервуара в зону разряда, а разрядный контур выполнен в виде коаксиальной конструкции с минимальными габаритами, и накопитель выбирается с минимальной собственной индуктивностью при максимальной емкости.The problem is achieved in that in a plasma engine based on a pulsed vacuum discharge containing a cathode made in the form of a capillary filled with a liquid metal working fluid, a ring anode, an initiating electrode separated from the cathode by an insulating insert, a ring magnet coaxial with the discharge, placed in the gap between the cathode and the anode, the lines of force in the gap between the cathode and the anode are parallel to the discharge axis, and in the region behind the anode they form a fountain-like structure, and the power source in the form of of the storage reservoir, a reservoir with a liquid working fluid is additionally introduced into the engine, while the capillary is made with the possibility of the supply of the working fluid through it from the reservoir to the discharge zone, and the discharge circuit is made in the form of a coaxial design with minimum dimensions, and the storage is selected with minimum intrinsic inductance at maximum capacitance.

Общая схема устройства показана на Фиг. 2б.A general diagram of the device is shown in FIG. 2b.

Электродная система состоит из катода 1, представляющего собой никелевый капилляр диаметром 0.8 мм, заполненный рабочим телом - эвтектикой (70% Ga+30% In), находящейся в жидком состоянии при комнатной температуре. Капилляр помещен в керамическую трубку 2, с надетым вблизи рабочего торца металлическим кольцом - поджигающим электродом 3. На расстоянии 3 мм от торца трубки расположен сетчатый анод 4, находящийся под потенциалом заземленной вакуумной камеры, где поддерживалось остаточное давление (4-6)×10^-4 Па. Соединенный с катодом накопитель, состоит из шести параллельно соединенных конденсаторов 5 суммарной емкостью C=2 мкФ, Конденсаторы 5 расположены между обкладками 6. Обратный токопровод 7 соединен с обкладками 6 и сетчатым анодом 4. Ток измерялся поясом Роговского 8 непосредственно в цепи катода. Между катодом и анодом расположен постоянный кольцевой магнит 9 из неодимового сплава соосный с разрядом, силовые линии которого в промежутке между катодом и анодом параллельны оси разряда, а в области за анодом образуют фонтанообразную структуру. В устройство введен дополнительный резервуар с жидким рабочим телом 10, на котором размещается соединенный с резервуаром капилляр катодного узла. Длительная работа двигателя обеспечивается поступлением рабочего тела по капилляру в зону разряда за счет капиллярных сил из дополнительного резервуара. Индуктивность L показанная на Фиг. 3 складывается из индуктивности электродной системы L₁ и собственной индуктивности накопителя L₂. Для уменьшения L₁ разрядный контур выполняется в виде коаксиальной конструкции с минимальными габаритами. Уменьшение L₂ достигается выбором накопителя с минимальной собственной индуктивностью, при этом необходимо обеспечить максимальную величину емкости C.The electrode system consists of cathode 1, which is a nickel capillary with a diameter of 0.8 mm filled with a working fluid - a eutectic (70% Ga + 30% In), which is in a liquid state at room temperature. The capillary is placed in a ceramic tube 2, with a metal ring put on near the working end — an ignition electrode 3. At a distance of 3 mm from the end of the tube there is a mesh anode 4 located under the potential of the grounded vacuum chamber, where the residual pressure was maintained (4-6) × 10 ^{- 4} Pa The drive connected to the cathode consists of six parallel-connected capacitors 5 with a total capacitance C = 2 μF, Capacitors 5 are located between the plates 6. The return conductor 7 is connected to the plates 6 and the mesh anode 4. The current was measured by the Rogowski belt 8 directly in the cathode circuit. Between the cathode and the anode there is a permanent ring magnet 9 of neodymium alloy coaxial with the discharge, the lines of force of which in the gap between the cathode and the anode are parallel to the discharge axis, and form a fountain-like structure in the region behind the anode. An additional reservoir with a liquid working fluid 10 is introduced into the device, on which a capillary of the cathode assembly connected to the reservoir is placed. Long operation of the engine is ensured by the flow of the working fluid through the capillary into the discharge zone due to capillary forces from the additional tank. The inductance L shown in FIG. 3 consists of the inductance of the electrode system L ₁ and the inductance of the drive L ₂ . To reduce L _{1, the} discharge circuit is made in the form of a coaxial design with minimum dimensions. The decrease in L _{2 is} achieved by choosing a drive with a minimum intrinsic inductance, while it is necessary to ensure the maximum value of capacitance C.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Накопитель заряжался до отрицательного напряжения U, после чего на торце катода инициировался разряд с помощью высоковольтного пробоя по поверхности керамической трубки. Струя катодной плазмы ускорялась в промежутке между катодом и анодом и проходя через кольцевой сеточный анод создавала реактивную тягу.The drive was charged to a negative voltage U, after which a discharge was initiated at the end of the cathode using high-voltage breakdown along the surface of a ceramic tube. A jet of cathode plasma was accelerated in the gap between the cathode and the anode and passing through the annular grid anode created reactive thrust.

Между катодом и анодом прикладывается импульс напряжения от индуктивного накопителя, вследствие чего на границе катода и изолирующей вставки возникает пробой, который приводит к возникновению на поверхности катода катодных пятен, генерирующих катодные микроструи. Двигаясь вдоль магнитных силовых линий из области генерации, микроструи в области выходного отверстия анода сливаются в плазменный поток, который вытекая из отверстия, создает реактивную тягу.A voltage pulse is applied between the cathode and the anode from the inductive storage, as a result of which a breakdown occurs at the boundary of the cathode and the insulating insert, which leads to the appearance of cathode spots on the cathode surface generating cathode microjets. Moving along magnetic field lines from the generation region, microjets in the region of the anode outlet open merge into a plasma stream, which, emerging from the hole, creates a jet thrust.

Эксперимент проводился в двух вариантах. Для измерения скорости ионного потока времяпролетным способом использовалась конструкция с сетчатым анодом, через который, плазма, генерируемая катодом, расширялась в дрейфовую трубку длиной 36 см. После прохождения трубки ионы регистрировались коллектором.The experiment was carried out in two versions. To measure the velocity of the ion flux by the time-of-flight method, a grid anode design was used, through which the plasma generated by the cathode expanded into a drift tube 36 cm long. After passing through the tube, ions were recorded by the collector.

Во втором варианте, для измерения механического импульса катодной струи использовался кольцевой анод с центральным отверстием диаметром 10 мм, в которое из межэлектродного промежутка вытекала плазменная струя. За анодом, на расстоянии 2 мм располагался баллистический маятник в виде металлического диска массой 0.072 г, подвешенного на кварцевых нитях. Под действием плазмы катодной струи диск отклонялся, и по углу отклонения оценивался механический импульс, сообщенный диску струей. При этом предполагалось, что плазменная струя полностью передает свой импульс маятнику, и пренебрегалось возможным отражением ионов от поверхности маятника. Для получения статистически значимого результата все данные измерений усреднялись по 10 разрядным импульсам.In the second embodiment, to measure the mechanical impulse of the cathode jet, a ring anode with a central hole of 10 mm in diameter was used, into which a plasma jet flowed from the interelectrode gap. Behind the anode, at a distance of 2 mm, there was a ballistic pendulum in the form of a metal disk weighing 0.072 g suspended on quartz threads. Under the action of the plasma of the cathode jet, the disk was deflected, and the mechanical impulse imparted to the disk by the jet was estimated from the deflection angle. It was assumed that the plasma jet completely transfers its momentum to the pendulum, and the possible reflection of ions from the surface of the pendulum was neglected. To obtain a statistically significant result, all measurement data were averaged over 10 bit pulses.

На Фиг. 4 приведена вольтамперная характеристика разряда, которая показывает, что низкая индуктивность разрядного контура позволила при напряжении накопителя U=350 B получить значения разрядного тока и скорости его нарастания, превышающие 2.5 кА и 10¹⁰ A/c, соответственно.In FIG. Figure 4 shows the current-voltage characteristic of the discharge, which shows that the low inductance of the discharge circuit allowed the drive voltage U = 350 V to obtain the values of the discharge current and its rise rate exceeding 2.5 kA and 10 ¹⁰ A / s, respectively.

Увеличение ресурса работы двигателя достигают введением в конструкцию дополнительного резервуара с жидким рабочим телом 10, на котором размещается соединенный с резервуаром капилляр катодного узла. Длительная работа двигателя обеспечивается поступлением рабочего тела по капилляру в зону разряда за счет капиллярных сил из дополнительного резервуара.An increase in the service life of the engine is achieved by introducing into the design an additional reservoir with a liquid working fluid 10, on which the capillary of the cathode assembly connected to the reservoir is located. Long operation of the engine is ensured by the flow of the working fluid through the capillary into the discharge zone due to capillary forces from the additional tank.

Тяговый импульс импульсного вакуумного разряда повышают путем использования разрядного контура, обеспечивающего высокую скорость нарастания разрядного тока, как показано ранее авторами /С.П. Горбунов, и др. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 22. С. 87-94./. Повысить скорость нарастания тока в данном типе разряда при заданном напряжении питания можно уменьшением волнового сопротивления разрядного контура ρ=(L/C)^1/2, согласно работе авторов /Astrakhantsev N.V., et al // J. Physics D: Appl. Phys., v. 28, P. 2514/. Этой цели достигают путем уменьшения индуктивности разрядного контура L и увеличения емкости накопителя C. Индуктивность контура L складывается из индуктивности электродной системы L₁ и собственной индуктивности накопителя L₂ - Фиг. 5. Уменьшение индуктивности контура L достигают уменьшением индуктивности L₁, для чего разрядный контур выполняют в виде коаксиальной конструкции с минимальными габаритами, например, путем уменьшения длины обратного токопровода (7). Уменьшение L₂ достигают выбором накопителя с минимальной собственной индуктивностью, при максимальной емкости C.The traction impulse of a pulsed vacuum discharge is increased by using a discharge circuit that provides a high rate of rise of the discharge current, as shown previously by the authors of S.P. Gorbunov, et al. // Letters in ZhTF. 2005.V. 31. Issue. 22. S. 87-94./. The current rise rate in this type of discharge can be increased at a given supply voltage by decreasing the impedance of the discharge circuit ρ = (L / C) ^1/2 , according to the authors / Astrakhantsev NV, et al // J. Physics D: Appl. Phys., V. 28, p. 2514 /. This goal is achieved by reducing the inductance of the discharge circuit L and increasing the capacity of the drive C. The inductance of the circuit L is the sum of the inductance of the electrode system L ₁ and the inductance of the drive L ₂ - FIG. 5. A decrease in the inductance of the circuit L is achieved by decreasing the inductance L ₁ , for which the discharge circuit is performed in the form of a coaxial design with minimum dimensions, for example, by reducing the length of the return conductor (7). A decrease in L _{2 is} achieved by selecting a drive with a minimum intrinsic inductance, with a maximum capacitance C.

Времяпролетные измерения показали, что полученные высокие характеристики разрядного тока привели повышению скорости плазменной струи в 3-4 раза по сравнению с «медленными» разрядами с низкой скоростью нарастания тока, так что скорость оказалась в диапазоне (1.7-2.3)×10⁴ м/с.Time-of-flight measurements showed that the obtained high characteristics of the discharge current led to an increase in the plasma jet velocity by a factor of 3–4 compared with “slow” discharges with a low rate of current rise, so that the velocity was in the range (1.7–2.3) × 10 ⁴ m / s .

Технический эффект - увеличения тяговых характеристик двигателя и ресурса работы.EFFECT: increased traction characteristics of the engine and service life.

Claims

A plasma micromotor based on a pulsed vacuum discharge containing a cathode made in the form of a capillary filled with a liquid metal working fluid, a ring anode, an initiating electrode separated from the cathode by an insulating insert, a ring magnet coaxial with the discharge, placed in the gap between the cathode and the anode, field lines which in the gap between the cathode and the anode are parallel to the discharge axis, and in the region behind the anode they form a fountain-like structure, and a power source in the form of a capacitive storage device, characterized in then a reservoir with a liquid working fluid is additionally introduced into the engine, while the capillary is configured to receive a working fluid through it from the reservoir into the discharge zone due to capillary forces, and the discharge circuit is made in the form of a coaxial design with minimal dimensions, and the storage ring is selected with a minimum proper inductance at maximum capacitance.