[go: up one dir, main page]

RU73405U1 - DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE - Google Patents

DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE Download PDF

Info

Publication number
RU73405U1
RU73405U1 RU2007149299/22U RU2007149299U RU73405U1 RU 73405 U1 RU73405 U1 RU 73405U1 RU 2007149299/22 U RU2007149299/22 U RU 2007149299/22U RU 2007149299 U RU2007149299 U RU 2007149299U RU 73405 U1 RU73405 U1 RU 73405U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
accelerating
screen
ion
frequency
Prior art date
Application number
RU2007149299/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Алексеевич Царев
Александр Александрович Скрипкин
Александр Александрович Денисов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Priority to RU2007149299/22U priority Critical patent/RU73405U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU73405U1 publication Critical patent/RU73405U1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к технике, в частности к электрическим ионным двигателям.The utility model relates to technology, in particular to electric ion engines.

Технический результат: по сравнению с аналогом увеличивается, примерно в 1.2-1.5 раза, скорость ионного потока, из чего следует и увеличение силы тяги аппарата. Использование высокочастотной модуляции ионного потока позволяет не только увеличить скорость ионов, но и плавно изменять ее величину.Technical result: in comparison with the analogue, the speed of the ion flow increases, approximately 1.2-1.5 times, which also implies an increase in the traction force of the apparatus. The use of high-frequency modulation of the ion flux allows not only to increase the ion velocity, but also to smoothly change its value.

Устройство для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе включает в себя газоразрядную камеру, источники ускоряющего и тормозящего напряжения, соединенные с элементами многолучевой ионно-оптической системы, представляющими собой три последовательно расположенных на удалении друг от друга электрода: экранный, являющийся торцевой стенкой газоразрядной камеры, ускоряющий и замедляющий. Все электроды имеют отверстия для пролета индивидуальных ионных пучков. В устройство дополнительно введены: управляющий электрод, расположенный между ускоряющим и экранным электродами на расстоянии d1 от последнего и имеющий отверстия, центры которых совпадают с центрами отверстий для пролета индивидуальных ионных пучков; источник постоянного напряжения; два резонансных контура. Входной параллельный резонансный контур, включен между экранным и управляющим электродами. Выходной параллельный резонансный контур, включен между ускоряющим и замедляющим электродами, расположенными на расстоянии d2 друг от друга. В устройство также дополнительно введены генератор высокочастотных колебаний, аттенюатор, фазовращатель, витки связи и две A device for creating an adjustable traction force in an electric ion engine includes a gas discharge chamber, accelerating and braking voltage sources connected to elements of a multipath ion-optical system, which are three consecutively spaced apart electrodes: a screen, which is the end wall of the gas-discharge chamber accelerating and decelerating. All electrodes have openings for the passage of individual ion beams. The following are additionally introduced into the device: a control electrode located between the accelerating and screen electrodes at a distance d 1 from the latter and having openings whose centers coincide with the centers of the openings for the passage of individual ion beams; constant voltage source; two resonant circuits. Input parallel resonant circuit, connected between the screen and control electrodes. An output parallel resonant circuit is connected between the accelerating and decelerating electrodes located at a distance d 2 from each other. An additional generator of high-frequency oscillations, an attenuator, a phase shifter, communication coils and two

высокочастотные линии связи, посредством которых генератор высокочастотных колебаний соединен с обоими резонансными контурами. Аттенюатор, включен в линию связи с входным параллельным резонансным контуром. Фазовращатель, включен в линию связи с выходным параллельным резонансным контуром. Выбор значений параметров устройства подчинен соотношениям:high-frequency communication lines through which a high-frequency oscillation generator is connected to both resonant circuits. The attenuator is included in the communication line with the input parallel resonant circuit. Phaser is included in the communication line with the output parallel resonant circuit. The choice of values of the parameters of the device is subject to the relations:

; ;

, ,

где - длина волны высокочастотных колебаний, м;Where - wavelength of high-frequency oscillations, m;

d1 - расстояние между управляющим и экранным электродами, м;d 1 - the distance between the control and the screen electrodes, m;

d2 - расстояние между ускоряющим и замедляющим электродами, м;d 2 - the distance between the accelerating and slowing electrodes, m;

U1 - постоянная разность потенциалов между экранным и управляющим электродами, В;U 1 - constant potential difference between the screen and the control electrodes, V;

U2 - разность потенциалов между экранным и ускоряющим электродами, В;U 2 is the potential difference between the screen and accelerating electrodes, V;

Кзам=U3/U2 - коэффициент замедления, определяемый отношением постоянного напряжения на замедляющем электроде - U3 к постоянному напряжению на ускоряющем электроде - U2;To deputy = U 3 / U 2 - the deceleration coefficient, determined by the ratio of the constant voltage on the decelerating electrode - U 3 to the constant voltage on the accelerating electrode - U 2 ;

Mi - относительная масса ионов в а.е.м.;M i is the relative mass of ions in amu;

Um1 - амплитуда высокочастотного напряжения между управляющим и экранным электродами, В.U m1 - the amplitude of the high-frequency voltage between the control and the screen electrodes, V.

1. ил.1. ill.

Description

Полезная модель относится к технике, в частности к электрическим ионным двигателям.The utility model relates to technology, in particular to electric ion engines.

Известен ионный двигатель [авторское свидетельство SU №682150], содержащий газоразрядную камеру и многолучевую ионно-оптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющим электродами, в которых выполнено большое число соосных отверстий.Known ion engine [copyright certificate SU No. 682150], containing a gas discharge chamber and a multipath ion-optical system formed by accelerating and slowing electrodes in which a large number of coaxial holes are made.

Известно также устройство для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе [патент на изобретение US №483802], содержащее газоразрядную камеру и ионно-оптическую систему, образованную двумя электродами (экранным и ускоряющим), между которыми прикладывают постоянную ускоряющую разность потенциалов.A device is also known for creating an adjustable traction force in an electric ion engine [US patent No. 483802], comprising a gas discharge chamber and an ion-optical system formed by two electrodes (screen and accelerating), between which a constant accelerating potential difference is applied.

Однако для реализации этого устройства необходим громоздкий накопитель электрической энергии (обычно это конденсаторная батарея большой емкости), а также сложный блок коммутации для возбуждения импульсного разряда, включающий в себя микроконтроллер.However, the implementation of this device requires a bulky electric energy storage device (usually a large capacitor bank), as well as a complex switching unit for exciting a pulsed discharge, which includes a microcontroller.

Известен также способ формирования перфорированного непланарного электрода, ионно-оптическая система и ионный двигатель малой тяги [патент на изобретение Ru №2153187], содержащий газоразрядную камеру и ионно-оптическую систему, состоящую, по крайней мере, из трех близко расположенных электродов, названных экранной, ускоряющей и замедляющей сетками. Этими сетками формируется периодическая структура наборов отверстий, причем каждый набор отверстий включает в себя одно отверстие каждой из трех сеток. Недостатком аналога является высокая эрозия ускорительной сетки, определяемая большой энергией ионов, которую они приобретают при прохождении ускоряющего зазора между экранной и ускоряющей сетками.There is also known a method of forming a perforated non-planar electrode, an ion-optical system and an ion thruster [patent for invention Ru No. 2153187], comprising a gas discharge chamber and an ion-optical system consisting of at least three closely spaced electrodes, called screen electrodes, accelerating and decelerating grids. These grids form a periodic structure of the sets of holes, and each set of holes includes one hole of each of the three grids. The disadvantage of the analogue is the high erosion of the accelerator grid, determined by the high energy of the ions, which they gain when passing through the accelerating gap between the screen and accelerating grids.

Наиболее близким аналогом является устройство для ускорения потока заряженных частиц [патент на изобретение RU №2104411], содержащее плазменный источник (газоразрядную камеру) и многолучевую ионно-оптическую систему, имеющую, по крайней мере, три электрода последовательно расположенных на удалении друг от друга, причем первый электрод (экранный) является торцевой стенкой газоразрядной камеры и заряжен положительно. Второй, ускоряющий электрод, заряжен отрицательно. Для улучшения структуры ионного потока после ускоряющего электрода устанавливают третий - замедляющий электрод, подтормаживающий наиболее быстрые ионы. Формирование многолучевого потока осуществляется за счет того, что в электродах ионно-оптической системы выполнена совокупность отдельных соосных отверстий для пролета индивидуальных ионных пучков.The closest analogue is a device for accelerating the flow of charged particles [patent for invention RU No. 2104411] containing a plasma source (gas discharge chamber) and a multipath ion-optical system having at least three electrodes in series located at a distance from each other, and the first electrode (screen) is the end wall of the gas discharge chamber and is positively charged. The second accelerating electrode is negatively charged. To improve the structure of the ion flux, after the accelerating electrode, a third slowing electrode is installed, which slows down the fastest ions. The formation of a multipath flux is due to the fact that the electrodes of the ion-optical system have a set of separate coaxial holes for the passage of individual ion beams.

Недостатками наиболее близкого аналога является то, что для достижения высокой скорости ионной струи в ускоряющей системе необходимо поддерживать высокое ускоряющее напряжение (30-50 кВ), что сопряжено с опасностью электрического пробоя в разделяющих электроды изоляционных элементах или непосредственно в рабочем промежутке.The disadvantages of the closest analogue are that in order to achieve a high speed of the ion stream in the accelerating system, it is necessary to maintain a high accelerating voltage (30-50 kV), which is associated with the danger of electrical breakdown in the insulation elements separating the electrodes or directly in the working gap.

Кроме того, для плавного регулирования скорости ионной струи необходимо вводить в источник ускоряющего напряжения специальные схемы управления величиной ускоряющего напряжения, выполненные, например, на тиристорах. Это вынуждает повышать мощность источника питания двигателя и приводит к увеличению габаритов и массы всего устройства.In addition, to smoothly control the speed of the ion stream, it is necessary to introduce special control circuits for the magnitude of the accelerating voltage into the accelerating voltage source, made, for example, on thyristors. This forces to increase the power of the engine power source and leads to an increase in the dimensions and mass of the entire device.

Задача заявляемой полезной модели заключается в создании устройства, характеризующегося высокой и плавно регулируемой скоростью ионного потока при пониженном ускоряющем напряжении, а это уменьшает опасность электрического пробоя между электродами многолучевой ионно-оптической системы, снижает мощность источника ускоряющего напряжения, массу и габариты двигателя.The objective of the claimed utility model is to create a device characterized by a high and smoothly adjustable speed of the ion flux at a reduced accelerating voltage, and this reduces the risk of electrical breakdown between the electrodes of a multipath ion-optical system, reduces the power of the accelerating voltage source, the mass and dimensions of the engine.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство содержит газоразрядную камеру, источники ускоряющего и тормозящего напряжения, соединенные с элементами многолучевой ионно-оптической системы, представляющими собой три последовательно расположенных на удалении друг от друга электрода: экранный, являющийся торцевой стенкой газоразрядной камеры, ускоряющий и замедляющий, имеющих отверстия для пролета индивидуальных ионных пучков; в устройство дополнительно введены управляющий электрод, расположенный между ускоряющим и экранным электродами на расстоянии d1 от последнего и имеющий отверстия, центры которых совпадают с центрами отверстий для пролета индивидуальных ионных пучков; источник постоянного напряжения; два резонансных контура: входной параллельный резонансный контур, включенный между экранным и управляющим электродами, и выходной параллельный резонансный контур, включенный между ускоряющим и замедляющим электродами, расположенными на расстоянии d2 друг от друга; генератор высокочастотных колебаний; витки связи и две высокочастотные линии связи, посредством которых генератор высокочастотных The essence of the claimed utility model lies in the fact that the device contains a gas discharge chamber, sources of accelerating and braking voltage, connected to elements of a multipath ion-optical system, which are three consecutively spaced apart electrodes: a screen, which is the end wall of the gas-discharge chamber, accelerating and retarding, having openings for the passage of individual ion beams; a control electrode is additionally introduced into the device, located between the accelerating and screen electrodes at a distance d 1 from the latter and having openings whose centers coincide with the centers of the openings for the passage of individual ion beams; constant voltage source; two resonant circuits: an input parallel resonant circuit connected between the screen and control electrodes, and an output parallel resonant circuit included between the accelerating and decelerating electrodes located at a distance d 2 from each other; high-frequency oscillation generator; communication coils and two high-frequency communication lines through which a high-frequency generator

колебаний соединен с обоими резонансными контурами; аттенюатор, включенный в линию связи с входным параллельным резонансным контуром; фазовращатель, включенный в линию связи с выходным параллельным резонансным контуром; причем значения параметров устройства подчинены соотношениям:oscillations connected to both resonant circuits; an attenuator included in the communication line with the input parallel resonant circuit; a phase shifter included in the communication line with the output parallel resonant circuit; and the values of the parameters of the device are subject to the relations:

, ,

, ,

где - длина волны высокочастотных колебаний, м;Where - wavelength of high-frequency oscillations, m;

d1 - расстояние между управляющим и экранным электродами, м;d 1 - the distance between the control and the screen electrodes, m;

d2 - расстояние между ускоряющим и замедляющим электродами, м;d 2 - the distance between the accelerating and slowing electrodes, m;

U1 - постоянная разность потенциалов между экранным и управляющим электродами, В;U 1 - constant potential difference between the screen and the control electrodes, V;

U2- постоянная разность потенциалов между экранным и ускоряющим электродами, В;U 2 - constant potential difference between the screen and accelerating electrodes, V;

Кзам=U3/U2- коэффициент замедления, определяемый отношением постоянного напряжения на замедляющем электроде - U3 к постоянному напряжению на ускоряющем электроде - U2;To deputy = U 3 / U 2 - the deceleration coefficient, determined by the ratio of the constant voltage on the decelerating electrode - U 3 to the constant voltage on the accelerating electrode - U 2 ;

Mi - относительная масса ионов, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.);M i is the relative mass of ions, expressed in atomic units of mass (amu);

Um1 - амплитуда высокочастотного напряжения между управляющим и экранным электродами, В.U m1 - the amplitude of the high-frequency voltage between the control and the screen electrodes, V.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в решении поставленной ранее задачи, а именно - достижение высокой и плавно регулируемой скорости ионной струи в ускоряющей системе при уменьшенных, по сравнению с прототипом, величины ускоряющего напряжения, а также габаритах и массе всего аппарата.The technical result of the claimed utility model consists in solving the problem posed earlier, namely, achieving a high and smoothly adjustable speed of the ion stream in the accelerating system with reduced, compared with the prototype, values of the accelerating voltage, as well as the dimensions and weight of the entire apparatus.

Это обеспечивается за счет дополнительного ускорения ионов высокочастотным полем на выходе ускоряющей системы, которое This is ensured by additional ion acceleration by a high-frequency field at the output of the accelerating system, which

достигается путем предварительной высокочастотной модуляции ионов по плотности (в области, примыкающей к экранному электроду) и последующего ускорения их в сильном высокочастотном поле в промежутке между ускоряющим и замедляющим электродами. Для этого между ускоряющим и экранным электродами на расстоянии d1 от экранного дополнительно вводят управляющий электрод с отверстиями, соосными отверстиям электродов многолучевой ионно-оптической системы, между экранным и управляющим электродами подключают входной параллельный резонансный контур, а между ускоряющим и замедляющим электродами - выходной параллельный резонансный контур.This is achieved by preliminary high-frequency modulation of the ions by density (in the region adjacent to the screen electrode) and their subsequent acceleration in a strong high-frequency field in the gap between the accelerating and slowing electrodes. To do this, between the accelerating and screen electrodes at a distance d 1 from the screen electrodes, an additional control electrode with holes is introduced, coaxial holes of the electrodes of the multipath ion-optical system, an input parallel resonant circuit is connected between the screen and control electrodes, and an output parallel resonant circuit between the accelerating and slowing electrodes circuit.

Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг.1, на которой представлена схема устройства для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе.The inventive utility model is illustrated using figure 1, which shows a diagram of a device for creating an adjustable traction in an electric ion engine.

На фиг.1 позициями 1-20 обозначены:In figure 1, the positions 1-20 are indicated:

1 - газоразрядная камера;1 - gas discharge chamber;

2 - экранный электрод;2 - screen electrode;

3 - ускоряющий электрод;3 - accelerating electrode;

4 - замедляющий электрод;4 - retarding electrode;

5 - отверстия электродов;5 - holes of the electrodes;

6 - источник ускоряющего напряжения;6 - source of accelerating voltage;

7 - источник тормозящего напряжения;7 - source of braking voltage;

8 - управляющий электрод;8 - control electrode;

9 - отверстия управляющего электрода;9 - holes of the control electrode;

10 - входной параллельный резонансный контур;10 - input parallel resonant circuit;

11 - источник постоянного напряжения;11 - a constant voltage source;

12 - выходной параллельный резонансный контур;12 - output parallel resonant circuit;

13 - первый виток связи;13 - the first round of communication;

14 - второй виток связи;14 - second round of communication;

15 - первая высокочастотная линия;15 - the first high-frequency line;

16 - вторая высокочастотная линия;16 - the second high-frequency line;

17 - генератор высокочастотных колебаний;17 - generator of high-frequency oscillations;

18 - аттенюатор;18 - attenuator;

19 - фазовращатель;19 - phase shifter;

20 - термоэлектронный источник.20 - thermionic source.

Заявляемое устройство содержит газоразрядную камеру 1 для ионизации рабочего газа, многолучевую ионно-оптическую систему, представляющую собой три последовательно расположенных на удалении друг от друга электрода: экранный электрод 2, являющийся торцевой стенкой газоразрядной камеры 1, ускоряющий 3 и замедляющий 4 электроды.The inventive device comprises a gas discharge chamber 1 for ionizing the working gas, a multipath ion-optical system, which is three electrodes sequentially located at a distance from each other: a screen electrode 2, which is the end wall of the gas discharge chamber 1, accelerating 3 and slowing down 4 electrodes.

Все три электрода выполнены с соосными отверстиями 5, для пролета индивидуальных ионных пучков. С элементами многолучевой ионно-оптической системы соединены источники ускоряющего 6 и тормозящего 7 напряжений. Между экранным 2 и ускоряющим 3 электродами на расстоянии d1 от экранного электрода установлен управляющий электрод 8, имеющий отверстия 9, соосные отверстиям 5 электродов 2, 3, 4.All three electrodes are made with coaxial holes 5, for the passage of individual ion beams. Accelerating 6 and decelerating 7 voltage sources are connected to the elements of the multipath ion-optical system. Between the screen 2 and the accelerating 3 electrodes at a distance of d 1 from the screen electrode, a control electrode 8 is installed, having holes 9 coaxial with the holes 5 of the electrodes 2, 3, 4.

Между электродами экранным 2 и управляющим 8 включен входной параллельный резонансный контур 10, с которым соединен источник постоянного напряжения 11. Между ускоряющим 3 и замедляющим 4 электродами, установленными на расстоянии d2 друг от друга, включен выходной параллельный резонансный контур 12.An input parallel resonant circuit 10 is connected between the screen electrodes 2 and the control 8, to which a constant voltage source 11 is connected. Between the accelerating 3 and slowing 4 electrodes installed at a distance d 2 from each other, the output parallel resonant circuit 12 is connected.

Оба резонансных контура 10, 12 соединены посредством витков связи 13, 14 и двух высокочастотных линий связи 15, 16 с генератором высокочастотных колебаний 17.Both resonant circuits 10, 12 are connected by means of communication coils 13, 14 and two high-frequency communication lines 15, 16 with a high-frequency oscillation generator 17.

В линии связи с входным параллельным резонансным контуром 10 включен аттенюатор 18, а в линии связи с выходным параллельным резонансным контуром 12 - фазовращатель 19. На выходе двигателя устанавливают термоэлектронный источник 20.An attenuator 18 is connected in the communication line with the input parallel resonant circuit 10, and a phase shifter 19 is connected in the communication line with the output parallel resonant circuit 19. A thermionic source 20 is installed at the motor output.

Устройство для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе работает следующим образом. Настраивают A device for creating an adjustable traction in an electric ion engine operates as follows. Customize

оба параллельных резонансных контура 10, 12 на одну резонансную частоту и после инициирования разряда в газоразрядной камере 1 и подачи отрицательного напряжения смещения между экранным 2 и управляющим 8 электродами от источника постоянного напряжения питания 11, а также постоянного напряжения на ускоряющий и замедляющий электроды от источника ускоряющего напряжения 6 и источника тормозящего напряжения 7 соответственно, возбуждают входной параллельный резонансный контур 10 небольшой частью высокочастотной мощности от генератора высокочастотных колебаний 17, снабженного устройствами для регулирования амплитуды и фазы выходного сигнала. Большую часть выходной мощности генератора высокочастотных колебаний 17 подают на выходной параллельный резонансный контур 12, а фазу высокочастотного напряжения, действующего между ускоряющим 3 и замедляющим 4 электродами, подбирают с помощью фазовращателя 19 так, чтобы она совпадала с фазой сгустков ионов в сгруппированном многолучевом ионном потоке. Причем длину волны генератора высокочастотных колебаний 17 выбирают из следующего условия:both parallel resonant circuits 10, 12 to one resonant frequency and after initiating a discharge in the gas discharge chamber 1 and applying a negative bias voltage between the screen 2 and the control 8 electrodes from the constant voltage power supply 11, as well as the constant voltage to the accelerating and slowing electrodes from the accelerating source voltage 6 and the source of braking voltage 7, respectively, excite the input parallel resonant circuit 10 with a small part of the high-frequency power from the generator frequency oscillations 17, equipped with devices for regulating the amplitude and phase of the output signal. Most of the output power of the high-frequency oscillation generator 17 is supplied to the output parallel resonant circuit 12, and the phase of the high-frequency voltage acting between the accelerating 3 and slowing 4 electrodes is selected using the phase shifter 19 so that it coincides with the phase of the ion clusters in the grouped multipath ion stream. Moreover, the wavelength of the generator of high-frequency oscillations 17 is selected from the following conditions:

где - длина волны высокочастотных колебаний, м;Where - wavelength of high-frequency oscillations, m;

U2 - разность потенциалов между экранным и ускоряющим электрода-ми, В;U 2 is the potential difference between the screen and accelerating electrodes, V;

Кзам=U3/U2 - коэффициент замедления, определяемый отношением постоянного напряжения на замедляющем электроде - U3 к постоянному напряжению на ускоряющем электроде - U2;To deputy = U 3 / U 2 - the deceleration coefficient, determined by the ratio of the constant voltage on the decelerating electrode - U 3 to the constant voltage on the accelerating electrode - U 2 ;

Mi - относительная масса ионов в а.е.м.;M i is the relative mass of ions in amu;

d2 - расстояние между ускоряющим и замедляющим электродами, м.d 2 - the distance between the accelerating and slowing electrodes, m

При длине волны, меньшей, чем указано в соотношении (1), эффективность взаимодействия ионов с высокочастотным полем в выходном зазоре снижается из-за проявления эффекта инерции. Это приводит к At a wavelength shorter than that indicated in relation (1), the efficiency of the interaction of ions with a high-frequency field in the output gap decreases due to the manifestation of the inertia effect. It leads to

уменьшению скорости ионного потока, так же, как и в линейных ускорителях ионов.a decrease in the ion flux velocity, as well as in linear ion accelerators.

Силу тяги плавно регулируют с помощью аттенюатора 18, изменяя величину амплитуды высокочастотного напряжения Um1, действующего между управляющим 8 и экранным 2 электродами, выбирая ее из условия:The traction force is smoothly regulated using the attenuator 18, changing the magnitude of the amplitude of the high-frequency voltage U m1 acting between the control 8 and the screen 2 electrodes, choosing it from the condition:

, (2) , (2)

Установленный на выходе двигателя термоэлектронный источник 20 обеспечивает нейтрализацию пространственного заряда ионного потока.Installed at the engine output, a thermionic source 20 provides neutralization of the space charge of the ion flux.

Реализация предлагаемого устройства поясняется следующими примерами:The implementation of the proposed device is illustrated by the following examples:

Пример №1.Example No. 1.

Рассчитаем расстояние d1 между экранным и управляющим электродами по предлагаемому соотношению:We calculate the distance d 1 between the screen and control electrodes according to the proposed ratio:

Возьмем в качестве примера следующие, типичные для многолучевого ионного двигателя, работающего на ионах ксенона (Хе), параметры:Let us take as an example the following parameters typical for a multipath ion engine operating on xenon ions (Xe):

М=131.29 а.е.м.M = 131.29 a.m.

d2=5 м,d 2 = 5 m

U2=5000 B,U 2 = 5000 B,

Кзам=0.7.To deputy = 0.7.

U1=2500 В.U 1 = 2500 V.

Um1/U1=0,5.U m1 / U 1 = 0.5.

Сверху величина d1 при выбранных параметрах ограничена условием:From above, the value of d 1 for the selected parameters is limited by the condition:

м. m

Снизу величина d1 мин ограничена условием возникновения электрического пробоя. Максимальная напряженность электрического поля на расстоянии между экранным и управляющим электродами d1 мин может быть приближенно определено по формуле:From below, the value of d 1 min is limited by the condition for the occurrence of electrical breakdown. The maximum electric field strength at a distance between the screen and control electrodes d 1 min can be approximately determined by the formula:

В/м. V / m

Из этого соотношения определим d1 мин, подставив в него заданные параметры:From this ratio we determine d 1 min , substituting the given parameters into it:

U1=2500 В.U 1 = 2500 V.

Um1/U1=0.5.U m1 / U 1 = 0.5.

м. m

Пример №2.Example No. 2.

Рассчитаем длину волны генератора высокочастотных колебаний, по предлагаемой формуле:We calculate the wavelength of the generator of high-frequency oscillations, according to the proposed formula:

(1) (one)

Возьмем в качестве исходных данных параметры примера №1. М=131.29 a.e.м., d2=5·10-3 м, U2=5000 В, Кзам=0.7.We take as the initial data the parameters of example No. 1. M = 131.29 a.m., d 2 = 5 · 10 -3 m, U 2 = 5000 V, K deputy = 0.7.

После подстановки этих параметров в формулу (1), получаем ограничительные условия для выбора длины волны, при которой эффективность преобразования энергии высокочастотных колебаний в энергию ионного потока высока:After substituting these parameters in formula (1), we obtain restrictive conditions for choosing a wavelength at which the efficiency of converting the energy of high-frequency vibrations into ion flux energy is high:

м. m

Переходя от длины волны к рабочей частоте, имеемPassing from the wavelength to the operating frequency, we have

F=300/ 2.506 МГц.F = 300 / 2.506 MHz.

На более высоких частотах проявляется эффект инерции ионов и коэффициент полезного действия устройства падает.At higher frequencies, the effect of inertia of ions is manifested and the efficiency of the device decreases.

м. m

Пример №3Example No. 3

Определим скорость ионов на выходе ионного двигателя. В случае плоскопараллельных электродов, расположенных на расстоянии d2 друг от друга и находящихся под потенциалами U2 и U3+Um2*cos(t), скорость ионов может быть вычислена по формуле:We determine the speed of ions at the output of the ion engine. In the case of plane-parallel electrodes located at a distance d 2 from each other and under potentials U 2 and U 3 + U m2 * cos ( t), the ion velocity can be calculated by the formula:

, ,

где Um2 - амплитуда высокочастотного напряжения, действующего между ускоряющим и замедляющим электродами, Мi - масса ионов.where U m2 is the amplitude of the high-frequency voltage acting between the accelerating and slowing electrodes, M i is the mass of ions.

Эта формула может быть переписана в виде:This formula can be rewritten as:

, ,

где =Um2/U3 - относительная амплитуда высокочастотного напряжения на расстоянии между ускоряющим и замедляющим электродами.Where = U m2 / U 3 is the relative amplitude of the high-frequency voltage at the distance between the accelerating and slowing electrodes.

Полагая М=131.29 а.е.м., =1, U2=5000 В, U3=3500 В, получаем - Vi=93.5 км/сек.Assuming M = 131.29 amu, = 1, U 2 = 5000 V, U 3 = 3500 V, we obtain - V i = 93.5 km / s.

При отсутствии модуляции =0, U2=5000 В, U3=3500 В, Vi=78.73 км/сек.In the absence of modulation = 0, U 2 = 5000 V, U 3 = 3500 V, V i = 78.73 km / s.

Таким образом, введение при низких ускоряющих напряжениях (U2, U3) высокочастотной модуляции и ускорения ионного потока увеличивает скорость ионной струи на выходе устройства, при выбранных параметрах, примерно в 1.2 раза. Для достижения того же результата в прототипе потребовалось бы большие ускоряющие напряжения. Скорость ионного потока в заявляемом устройстве можно плавно регулировать, изменяя амплитуду и фазу модулирующего высокочастотного напряжения.Thus, the introduction at low accelerating voltages (U 2 , U 3 ) of high-frequency modulation and acceleration of the ion flux increases the speed of the ion stream at the output of the device, with the selected parameters, by about 1.2 times. To achieve the same result, a prototype would require large accelerating voltages. The speed of the ion flow in the inventive device can be smoothly controlled by changing the amplitude and phase of the modulating high-frequency voltage.

Следовательно, задача заявляемой полезной модели, заключающаяся в создании устройства, характеризующегося высокой и плавно регулируемой скоростью ионного потока при пониженном ускоряющем напряжении выполнена. При этом уменьшена опасность электрического пробоя между электродами многолучевой ионно-оптической системы и Therefore, the objective of the claimed utility model, which consists in creating a device characterized by a high and smoothly adjustable speed of the ion flux at a reduced accelerating voltage, is fulfilled. At the same time, the risk of electrical breakdown between the electrodes of the multipath ion-optical system and

могут быть снижены мощность источника ускоряющего напряжения, масса и габариты двигателя.the power of the accelerating voltage source, the mass and dimensions of the engine can be reduced.

Claims (1)

Устройство для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе, содержащее газоразрядную камеру, источники ускоряющего и тормозящего напряжения, соединенные с элементами многолучевой ионно-оптической системы, представляющими собой три последовательно расположенных на удалении друг от друга электрода, имеющих отверстия для пролета индивидуальных ионных пучков, экранный электрод, являющийся торцевой стенкой газоразрядной камеры, ускоряющий и замедляющий электроды, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены управляющий электрод, расположенный между ускоряющим и экранным электродом на расстоянии d1 от последнего и имеющий отверстия, соосные с отверстиями для пролета индивидуальных ионных пучков в электродах многолучевой ионно-оптической системы, источник постоянного напряжения, два резонансных контура: входной параллельный резонансный контур, включенный между экранным и управляющим электродами, и выходной параллельный резонансный контур, включенный между ускоряющим и замедляющим электродами, расположенными на расстоянии d2 друг от друга, генератор высокочастотных колебаний, витки связи и две высокочастотные линии связи, посредством которых генератор высокочастотных колебаний соединен с обоими резонансными контурами, аттенюатор, включенный в линию связи с входным параллельным резонансным контуром, фазовращатель, включенный в линию связи с выходным параллельным резонансным контуром, причем значения параметров устройства подчинены соотношениямA device for creating an adjustable traction force in an electric ion engine, comprising a gas discharge chamber, accelerating and braking voltage sources connected to elements of a multi-beam ion-optical system, which are three electrodes sequentially spaced apart from each other and having openings for the passage of individual ion beams, a screen electrode, which is the end wall of the gas discharge chamber, accelerating and slowing down the electrodes, characterized in that the device additionally a control electrode located between the accelerating and shield electrodes at a distance of d 1 from the last and having holes coaxial with holes for the passage of individual ion beams in the electrodes of a multipath ion-optical system, a constant voltage source, two resonant circuits: an input parallel resonant circuit included between the screen and control electrodes, and the output parallel resonant circuit included between the accelerating and slowing electrodes located at a distance d 2 each about a friend, a high-frequency oscillation generator, communication coils and two high-frequency communication lines through which a high-frequency oscillation generator is connected to both resonant circuits, an attenuator included in a communication line with an input parallel resonant circuit, a phase shifter included in a communication line with an output parallel resonant circuit, moreover, the values of the parameters of the device are subject to the relations
Figure 00000001
;
Figure 00000001
;
Figure 00000002
,
Figure 00000002
,
где
Figure 00000003
- длина волны высокочастотных колебаний, м;
Where
Figure 00000003
- wavelength of high-frequency oscillations, m;
d1 - расстояние между управляющим и экранным электродами, м;d 1 - the distance between the control and the screen electrodes, m; d2 - расстояние между ускоряющим и замедляющим электродами, м;d 2 - the distance between the accelerating and slowing electrodes, m; U1 - постоянная разность потенциалов между экранным и управляющим электродами, В;U 1 - constant potential difference between the screen and the control electrodes, V; U2 - постоянная разность потенциалов между экранным и ускоряющим электродами, В;U 2 - constant potential difference between the screen and accelerating electrodes, V; Кзам=U3/U2 - коэффициент замедления, определяемый отношением постоянного напряжения на замедляющем электроде - U3 к постоянному напряжению на ускоряющем электроде - U2;To deputy = U 3 / U 2 - the deceleration coefficient, determined by the ratio of the constant voltage on the decelerating electrode - U 3 to the constant voltage on the accelerating electrode - U 2 ; Мi - относительная масса ионов, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.);M i is the relative mass of ions, expressed in atomic units of mass (amu); Um1 - амплитуда высокочастотного напряжения между управляющим и экранным электродами, В.
Figure 00000004
U m1 - the amplitude of the high-frequency voltage between the control and the screen electrodes, V.
Figure 00000004
RU2007149299/22U 2007-12-29 2007-12-29 DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE RU73405U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149299/22U RU73405U1 (en) 2007-12-29 2007-12-29 DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007149299/22U RU73405U1 (en) 2007-12-29 2007-12-29 DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU73405U1 true RU73405U1 (en) 2008-05-20

Family

ID=39799211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007149299/22U RU73405U1 (en) 2007-12-29 2007-12-29 DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU73405U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565646C1 (en) * 2014-03-18 2015-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Ionic engine
RU2704523C1 (en) * 2018-11-26 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Device for creation of adjustable thrust force in electric ion engine
RU2784248C1 (en) * 2022-07-12 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова Device for increasing thrust in an electric ion thruster

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565646C1 (en) * 2014-03-18 2015-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Ionic engine
RU2704523C1 (en) * 2018-11-26 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Device for creation of adjustable thrust force in electric ion engine
RU2784248C1 (en) * 2022-07-12 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова Device for increasing thrust in an electric ion thruster

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Energy transfer in the plasma wake-field accelerator
US3886399A (en) Electron beam electrical power transmission system
US6888314B2 (en) Electrostatic fluid accelerator
JP2021525446A (en) Compact high energy ion implantation system
US3676672A (en) Large diameter ion beam apparatus with an apertured plate electrode to maintain uniform flux density across the beam
EP3513576B1 (en) Plasma speaker
RU73405U1 (en) DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE
RU2010127452A (en) METHOD FOR GENERATING BRAKE RADIATION WITH PULSE PULSE ENERGY SWITCHING AND RADIATION SOURCE FOR ITS IMPLEMENTATION
Nezlin Plasma instabilities and the compensation of space charge in an ion beam
US3321919A (en) Apparatus for generating high density plasma
GB663816A (en) Improvements in and relating to apparatus for the acceleration of electrons and ions
RU2288519C1 (en) Noise-like broadband microwave signal generator built around virtual cathode
GB736996A (en) Improvements relating to high frequency electron discharge devices
RU2704523C1 (en) Device for creation of adjustable thrust force in electric ion engine
CN111706480A (en) An ion wind thrust device based on electric field acceleration
RU98492U1 (en) DEVICE FOR CREATING AN ADJUSTABLE THROUGH POWER IN AN ELECTRIC ION ENGINE
RU2003194C1 (en) Beam-plasma shf device
Klimov et al. Surface HF plasma aerodynamic actuator
JP6171126B2 (en) High frequency charged particle accelerator
JP3276994B2 (en) Power supply for gyrotron
RU135447U1 (en) HYBRID ELECTRIC VACUUM MICROWAVE INSTRUMENT BASED ON A RUNNING WAVE LAMP
RU1762732C (en) Process of generation of flux of charged particles and device for its implementation
RU2431901C1 (en) Generator of chaotic radio pulses on virtual cathode
RU2722690C1 (en) Apparatus for producing a wide-aperture low-energy ion flux
SU293557A1 (en) DEVICE FOR PULSE ACCELERATION OF CHARGED PARTICLES

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20131230