Электродуговой ракетный двигатель

Электродуговой ракетный двигатель— разновидность электрического ракетного двигателя в котором для подогрева рабочего тела применяется электрический дуговой разряд. В качестве рабочих тел в подобных двигателях используется водород, гелий, аммиак, аргон и др.

История электродуговых ракетных двигателейПравить

Работы в СССР и России:

История работ над ЭДРД в Советском Союзе берет своё начало в 1964 году, в ОКБ "Факел" стартовала программа разработки стационарных плазменных двигателей (СПД). Первое летное применение электрореактивных двигательных установок (ЭРДУ) было проведено в 1972 г. на КА "Метеор" и "Метеор-Природа". С 1982 г. ЭРДУ на базе СПД-70 и гидразинового термокаталитического двигателя (ТКД) К10 успешно эксплуатируются на российских коммуникационных спутниках типа "Космос", "Луч" и др. 1994 г. - начало эксплуатации третьего поколения ЭРДУ на базе СПД-100 на КА типа "Галс" и "Экспресс". В 1992 г. ОКБ "Факел", SS/L, SNEGMA и ARC образовали совместное предприятие International Space Technology Inc. (ISTI) с целью маркетинга и продажи ЭРДУ вне России. В 1996 г. закончена сертификация СПД-100 по стандартам США, в том числе успешно проведены 9000-часовые огневые испытания двигателя в ОКБ "Факел" (при 8200 включениях) в JPL (США) и ОКБ "Факел". На предприятии проводятся исследования и разработка СПД повышенной мощности (СПД-140, СПД-200 и СПД-290), которые могут быть также использованы для апогейного маневра и маршевых ДУ.

Устройство и принцип работыПравить

Принципиальная схема электродугового ракетного двигателя: 1- ввод тока, 2- ввод тока, 3- охлаждаемый электрод, 4- охлаждаемое сопло Лаваля, 5- ввод лития, 6- изолятор, 7- пористый электрод, 8- электродуговой разряд в водороде, 9- ввод жидкого водорода в рубашку двигателя.

Электродуговой ракетный двигатель по сути представляет собой плазмотрон конструктивно приспособленный для длительной эксплуатации, имеющий в своей конструкции элементы охлаждения тяжелонагруженных (теплонапряжённых) узлов, и устройства для разгона ионизированной водородной плазмы (сопло Лаваля). Как сопло, так и камера подогрева рабочего тела (водород и др) снабжены рубашками охлаждения для интенсивного отвода тепла от горячих стенок двигателя. Помимо основного охлаждения жидким водородом, применяется жидкометаллическое охлаждение положительного электрода с помощью лития. Жидкий литий подаваемый в рубашку охлаждения положительного электрода «выпотевает» и интенсивно испаряясь ионизируется с отбором значительного количества тепла от поверхности электрода, и таким образом увеличивается стойкость электрода (ресурс работы) и предотвращается его плавление и испарения в условиях высокого давления, скорости рабочего тела и его температуры.

Основные характеристикиПравить

Типичные параметры электродугового ракетного двигателя

Рабочее тело	Водород
Тяга двигателя, кг	5,1
Средняя температура струи рабочего тела (водород) на выходе, °К	3500
Вес рабочего тела на 100 часов работы двигателя, кг	1840
Вес энергетической установки (5 кг/квт), кг	5000
Давление в камере нагрева, атм	1
Мощность струи рабочего тела, кВт	245
Весовой секундный расход рабочего тела, г/сек	5,1
Отношение тяги к весу	7,5 • 10-4
Подводимая электрическая мощность, Мвт	1
К.П.Д. двигательной установки, %	24,5
Средняя скорость истечения рабочего тела в выходном сечении, м/сек	~9800
Удельная тяга двигателя, сек	~1000

ПреимуществаПравить

Основными эксплуатационными приемуществами электродуговых реактивных двигателей является возможность глубокого регулирования рабочих режимов, использование широкой гаммы рабочих тел, компактность и очень высокая мощность по объёму и массе. С точки зрения основных характеристик, таких как удельный импульс и удельная тяга, электродуговые ракетные двигатели приближаются к газофазным ядерным реактивным двигателям и существенно превосходят по удельному импульсу и объемной мощности твёрдофазные ядерные реактивные двигатели. Помимо эксплуатационных и тяговых приемуществ, ЭДРД экологичен и может быть использован для старта с поверхности Земли.

НедостаткиПравить

Основными недостатками электродуговых реактивных двигателей являются: низкая стойкость положительного электрода (значительная электроэррозия), и возможность работы только от источника электроэнергии. В настоящее время максимальный ресурс работы положительного электрода ЭДРД доведён до 100 часов (непрерывный режим), и для увеличения ресурса его работы до тысяч часов его предложено делать пористым («потеющим») и одновременно охлаждаемым с помощью жидкого лития. В качестве источника питания ЭДРД предложено использовать атомный реактор с прямым преобразованием тепловой энергии.

См.такжеПравить

СсылкиПравить

ЛитератураПравить

Корлисс. У. Р. Ракетные двигатели для космических полётов, ИЛ, М., 1962.г.