Электрореактивный движитель

Полезная модель относится к электрореактивным движителям плазменной тяги и может быть использована при разработке наземных, водных и воздушных транспортных средств с реактивной тягой.
Известен электрореактивный движитель /RU 2358153, F03H 1/00, 2006/, содержащий высоковольтный генератор, нагруженный на электроразрядную камеру, соединенную по входу с баком хранения рабочего тела (реагента), а по выходу с реактивным соплом. При этом в качестве реагента использован жидкий или гелеобразный диэлектрик с низким значением давления насыщенных паров, например, синтетическая жидкость, вакуумное масло.
При этом под действием высоковольтного разряда рабочее тело из жидкообразного состояния переходит в плазменное состояние, характеризующееся расширением плазмы и созданием реактивной плазменной тяги на выходе сопла движителя.
Недостатком известного движителя является использование дорогостоящего рабочего тела.
Известны электрореактивные движители /RU 91385, F03H 1/00, 2009; Дан Е, Джун Ли, Джау Тан. «Реактивное движение с помощью микроволновой воздушной плазмы в атмосфере», AIP Advances 10, 055002 (2020), https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0005814/, использующие в качестве рабочего тела атмосферный воздух.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели относится электрореактивный движитель /RU 91385, F03H 1/00, 2009, Авторы - заявители: Матвеев В.А., Звонов А.А./, использующий в качестве рабочего тела сжатый воздух и содержащий реактивное сопло, соединенное с выходом электроразрядной камеры (ЭРК). ЭРК снабжена предионизатором, выполнена из радиопрозрачного материала и установлена в полости резонатора генератора электромагнитных волн (ЭМВ). Генератор ЭМВ выполнен с частотой, соответствующей резонансной частоте поглощения электромагнитных волн атмосферным воздухом.
При этом ЭРК соединена по входу с бортовым баком сжатого воздуха.
Недостатком известного движителя является недостаточное время работы, связанное ограниченным объемом хранения в бортовом баке сжатого воздуха.
Задачей полезной модели является увеличение времени работы электрореактивного движителя, а техническим результатом – увеличение времени и дальности движения наземных, водных и воздушных транспортных средств с реактивной тягой.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата обеспечиваются тем, что электрореактивный движитель содержит реактивное сопло, соединенное с выходом электроразрядной камеры (ЭРК), снабжённой предионизатором. ЭРК выполнена из радиопрозрачного материала и установлена в полости резонатора генератора электромагнитных волн (ЭМВ). Генератор ЭМВ выполнен с частотой, соответствующей резонансной частоте поглощения электромагнитных волн атмосферным воздухом.
Новым в движителе является:
компрессор с входным заборником атмосферного воздуха;
соединение компрессора по сжатому воздуху с входом электроразрядной камеры через обратный клапан.
Дополнительное введение компрессора с входным заборником атмосферного воздуха, соединение компрессора по сжатому воздуху с входом электроразрядной камеры через обратный клапан позволяют обеспечить непрерывную подачу сжатого атмосферного воздуха в электроразрядную камеру и, как следствие, - увеличить (по сравнению с RU 91385) время работы электрореактивного движителя в процессе его движения в приземных слоях атмосферы.
Увеличение времени работы движителя и использование в качестве рабочего тела атмосферного воздуха, в свою очередь, позволяет увеличить дальность движения наземных, водных и воздушных транспортных средств с электрореактивным движителем (ЭРД).
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой представлена функциональная схема ЭРД.
На фиг. 1 позициями обозначены:
1 - реактивное сопло;
2 -электроразрядная камера (ЭРК);
3 - предионизатор;
3.1 - положительный игольчатый электрод;
3.2 - отрицательный игольчатый электрод;
4 - резонатор;
5 - генератор электромагнитных волн (ЭМВ);
6 - компрессор;
7 - воздухозаборник атмосферного воздуха;
8 - обратный клапан.
Раскрытие сущности полезной модели.
Электрореактивный движитель (ЭРД) содержит реактивное сопло 1 соединенное с выходом электроразрядной камеры 2, снабженной предионизатором 3. Предионизатор 3 выполнен в виде высоковольтного генератора импульсов, снабженного разнополярными игольчатыми электродами 3.1 и 3.2 или запальной электросвечой (на фигуре не показано), установленными в полости электроразрядной камеры (ЭРК) 2. Вход ЭРК 2 через обратный клапан 8 и компрессор 6 соединен с воздухозаборником 7. ЭРК 2 выполнена из радиопрозрачного тугоплавкого материала, например, из керамики, и установлена в полости резонатора 4 генератора 5 электромагнитных волн (ЭМВ). Генератор 5 ЭМВ выполнен с частотой, соответствующей резонансной частоте поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) атмосферным воздухом. Желательно, в миллиметровом диапазоне (0,1-5 мм) спектральных линий максимального поглощения ЭМВ парами воды и атмосферного кислорода. Возможно использование генератора 5 ЭМВ в сантиметровом диапазоне ЭМВ с частотой 2,45 ГГц (ᴧ = 12.4 см) от бытовой сверхвысокочастотной (СВЧ) печи. Однако из-за недостаточного взаимодействия ЭМВ указанной частоты с кислородом атмосферного воздуха потребуется резкое увеличение выходной мощности генератора 5 или дополнительное снабжение его выходным усилителем (на фигуре не показано).
Электрореактивный движитель работает следующим образом.
7
12
-3
14
-3
При включении компрессора 6 атмосферный воздух через воздухозаборник 7, полость компрессора 6 и обратный клапан 8 поступает в электроразрядную камеру 2. При поступлении воздуха в камеру 4 генератор 1 высоковольтных импульсов выдает на электроды 2 и 3 камеры 4 импульс тока с напряженностью порядка 30 кВ/см. Происходит электрический пробой воздушной среды в камере 2 и образование плазмы с плотностью 10-10 см. Одновременно высокочастотный генератор 5 электромагнитных волн инициирует в разрядной плазме ударную ионизацию и доводит плотность плазмы до 10 см, вызывающей расширение плазмы и выброс ее через сопло 1 обеспечивая реактивную тягу движителя. В дальнейшем при изменении высоты полета и плотности атмосферного воздуха плотность плазмы в камере 2 для создания требуемой тяги поддерживается управлением (на фигуре не показано) мощностью высокочастотного генератора 5 и мощностью турбонаддува компрессора 6. При случайном затухании плазмы в камере 2 включается генератор 1 высоковольтных импульсов для повторного поджига плазмы в камере 2 и продолжения работы движителя.
Полезная модель разработана на уровне технического предложения и может быть использована при разработке наземных, водных и воздушных транспортных средств с реактивной тягой.