等离子发动机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种等离子发动机，它包括等离子体发生器、加热器和排放端，该等离子体发生器包括输入端和等离子体生成室，该加热器沿等离子体的流动方向布置在等离子体发生器的下游并用于加热等离子体，该排放端沿等离子体的流动方向布置在加热器的下游并用于将加热后的等离子体排出等离子发动机。根据本实用新型专利技术，所述等离子体发生器为螺旋波型的等离子体发生器，它的等离子体生成室与加热器物理隔离，并且它的输入端设置有离子推进模块，该离子推进模块能在环境压力下点燃所述等离子体生成室中生成的等离子体。本实用新型专利技术的等离子发动机具有工作效率高并且经济性好的优点。

Plasma engine

The utility model relates to a plasma engine, which comprises a plasma generator, a heater and a discharge end of the plasma generator comprises an input terminal and the plasma generating chamber, the heater is arranged along the flow direction of the plasma in the downstream of the plasma generator and used for heating plasma, the discharge end arranged along the flow direction of the plasma at the downstream of the heater is used the plasma heated discharge plasma engine. According to the utility model, the plasma generator of the plasma generator as the spiral wave type, the plasma generating chamber heater and its physical isolation, and the input end is provided with an ion propulsion module, the module can generate plasma ion propulsion at ambient pressure igniting the plasma generating chamber. The plasma engine of the utility model has the advantages of high work efficiency and good economy.

【技术实现步骤摘要】
等离子发动机
本技术总体上涉及发动机，尤其是用于推进太空飞行器例如火箭的发动机。更具体地说，本技术涉及一种等离子发动机，该等离子发动机通过以选定的方向排放等离子体或电离粒子来提供推力，以便推进车辆或飞行器。
技术介绍
现有技术中已知通过排放电离气体(等离子体)来产生推力的发动机，这样的发动机通常称为“等离子发动机”。例如，授予Cirri的US专利No.5,241,244(以下简称“244’专利”)描述了一种这样的发动机。该224’专利所公开的发动机通过向被注射到电离室内的中性气体施加电磁场来产生等离子体。自由电子存在于排放室中并且被电磁场激励，所激励的电子撞击该排放室中的气体原子，使得气体原子被电离。该排放室的排出端设置有带电荷的格栅，以用于吸引通过电离产生的离子，并使离子通过该格栅以很高的速度离开排放室。由此通过离子的排放产生了推力。另一种已知类型的等离子发动机是霍尔效应等离子体推进器。例如，授予Petrosov等人的US专利No.5,845,880(以下简称“880’专利”)描述了一种霍尔效应等离子体推进器。该880’专利所公开的推进器包括向其中注射中性气体例如氙气的室。电子从该推进器的排放端附近的阴极端子发出，并通过具有高电压的阳极端子朝向该室的另一端加速。对该室施加电磁场以使电子朝向阳极端子以螺旋路径移动。当电子靠近阳极端子时，它们撞击所注射的气体的分子，以使该气体被电离。借助于磁场，电子在该推进器的排出端附近以云状聚集。带正电荷的电离气体原子被静电吸附至该电子云并且高速离开该推进器。在该880’专利所公开的推进器中，磁场对所排出的离子的路径的影响很小，因为这些离子比电子大得多。因此，离子以基本上笔直的路径离开该推进器。授予Chang的US专利No.4,851,279和No.4,893,470描述了其他类型的等离子发动机。该发动机包括静电等离子体发生器。来自该发生器的等离子体受到一系列磁体的约束，并且被引向排放喷嘴。该排放喷嘴大致为锥形。通过向排放喷嘴的内表面注射中性气体以便隔离该排放喷嘴以及通过在排放喷嘴的入口安放磁体以使等离子体的排放聚焦来限制等离子体与喷嘴材料之间的接触。在这些专利中，可以通过改变注射到排放喷嘴中的中性气体的量并由此改变与推力直接相关的、穿过排放喷嘴的质量流来调节由发动机产生的推力。现有技术中已知的等离子发动机的一个局限之处在于，这种发动机的比冲量(每单位质量的排放物产生的推力)不能被容易地控制。通常，在这种发动机中，仅推力能被直接控制。对于某些类型的航程例如星际旅行而言，可能希望发动机以低的推力和非常高的比冲量来运行，以便能在航程期间产生高速度以及可能的人造重力。然而，还希望这种发动机仍具有在需要时(例如在脱离行星轨道时)产生非常高的推力的能力。一般而言，现有技术中的等离子体排放型的发动机通过向等离子体施加静电场来使等离子体具有高排放速度。带正电荷的气体离子通过被吸引向带负电荷的阴极端子而以高速度离开发动机，同时电子保留在后面。因此，现有技术中已知的等离子发动机需要用于排放离子的静电中和器，以便不会由于仅从发动机排放正电离子而积聚静电荷。
技术实现思路
本技术的一个目的是通过提高等离子体的生成效率、等离子体的加热效率等来提出一种工作效率高并且经济性好的等离子发动机。本技术的另一个目的提出一种输出可控的等离子发动机，该发动机可以根据应用场合的不同实现推力与比冲量的适当组合。根据本技术，一种等离子发动机包括：-等离子体发生器，该等离子体发生器包括用于接收可电离气体的供应的输入端以及用于利用该可电离气体产生等离子体的等离子体生成室；-加热器，该加热器沿等离子体的流动方向布置在该等离子体发生器的下游，并且用于加热该等离子体；以及-排放端，该排放端沿等离子体的流动方向布置在该加热器的下游，并且用于将加热后的等离子体排出该等离子发动机，其中，该等离子体发生器为螺旋波型的等离子体发生器，它的等离子体生成室与所述加热器物理隔离，它的输入端设置有离子推进模块，该离子推进模块能在环境压力下点燃所述等离子体生成室中生成的等离子体。上述等离子发动机可以分别通过离子推进模块和加热器对所生成的等离子体进行二级加热，由此提高等离子体的加热效率。另外，等离子体生成器与加热器的物理隔离也进一步提供了加热器的加热效率。这样，通过简化的结构提高了整个等离子发动机的工作效率。本技术的等离子发动机还具有如下有利的技术特征：-所述离子推进模块包括处于中央的阴极电极以及围绕该阴极电极的阳极电极，其中，所述阳极电极与所述阴极电极伸入所述等离子体生成室中并且通过超轻陶瓷结构彼此间隔开，所述阳极电极外部围绕有超轻陶瓷套管；-所述等离子体发生器包括围绕等离子体生成室布置的第一磁体，该第一磁体被沿着该等离子体发生器的轴向方向极化；-所述等离子体发生器包括围绕等离子体生成室布置在所述第一磁体的相对于等离子体流动方向下游的第二磁体，该第二磁体构造成向等离子体生成室中的等离子体施加沿轴向方向极化的DC磁场；-所述加热器包括形式为离子回旋共振腔的中央室，来自等离子体发生器的等离子体在该中央室中被加热；-所述加热器包括围绕所述中央室的外壁设置的第三磁体，该第三磁体构造成对中央室中的等离子体施加沿轴向方向极化的DC磁场以及沿径向方向发散的磁场；-所述加热器包括与RF电源相连的天线阵列，该天线阵列定向成对中央室中的等离子体施加静电磁场；-该等离子发动机设置有电源调节器，该电源调节器构造成选择性地将RF电源的一部分能量供应给等离子体发生器的天线阵列，并且将RF电源的其余能量供应给加热器的天线阵列；-该等离子发动机还包括布置在所述加热器与所述排放端之间的磁性喉状部，该磁性喉状部与该加热器的中央室连通，以用于约束来自该加热器的等离子体；-围绕该磁性喉状部的外壁布置有第四磁体，该第四磁体构造成向等离子体施加沿轴向方向极化的DC磁场；-该等离子发动机还包括布置在所述排放端处以供等离子体沿轴向穿过的波纹线圈阵列，该波纹线圈阵列与AC电源相连，并且定向成在即将离开等离子发动机的等离子体上引发沿轴向方向极化的AC磁场；-所述波纹线圈阵列由一个或多个独立的线圈构成，或者由围绕等离子发动机的纵向轴向缠绕的螺旋管构成；-该等离子发动机还包括布置在所述排放端处的喷射装置，该喷射装置构造成将中性原料以与排放端处的等离子体的流同轴的环的方式喷射到该等离子体的流的径向最外部分；-所述中性原料为储存在原料罐中的液体燃料；所述喷射装置包括泵，该泵经由控制阀装置从该原料罐抽取并泵送该液体燃料；以及-该等离子发动机还包括稳定结构，该稳定结构沿该等离子发动机的整个长度延伸，并且呈现框架的形式。附图说明下面参照附图更详细地说明本技术的优选实施方式。在附图中：图1示出根据本技术一个实施例的发动机的结构示意图；图2示出图1中的发动机的离子推进单元的结构示意图；图3示出本技术实施例的发动机中的磁场分布和粒子轨迹。具体实施方式图1示意性地示出根据本技术一个实施例的发动机10，该发动机10优选用在太空飞行器尤其是火箭中。该发动机10包括可电离气体源12。在本实施例中，该可电离气体源12由储存在合适的罐中的液态氩构成。然而，也可以使用其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子发动机，它包括：‑等离子体发生器，该等离子体发生器包括用于接收可电离气体的供应的输入端以及用于利用该可电离气体产生等离子体的等离子体生成室；‑加热器，该加热器沿等离子体的流动方向布置在该等离子体发生器的下游，并且用于加热该等离子体；以及‑排放端，该排放端沿等离子体的流动方向布置在该加热器的下游，并且用于将加热后的等离子体排出该等离子发动机，其特征在于，所述等离子体发生器为螺旋波型的等离子体发生器，该等离子体发生器的等离子体生成室与所述加热器物理隔离，并且该等离子体发生器的输入端设置有离子推进模块，该离子推进模块能在环境压力下点燃所述等离子体生成室中生成的等离子体。

【技术特征摘要】
1.一种等离子发动机，它包括：-等离子体发生器，该等离子体发生器包括用于接收可电离气体的供应的输入端以及用于利用该可电离气体产生等离子体的等离子体生成室；-加热器，该加热器沿等离子体的流动方向布置在该等离子体发生器的下游，并且用于加热该等离子体；以及-排放端，该排放端沿等离子体的流动方向布置在该加热器的下游，并且用于将加热后的等离子体排出该等离子发动机，其特征在于，所述等离子体发生器为螺旋波型的等离子体发生器，该等离子体发生器的等离子体生成室与所述加热器物理隔离，并且该等离子体发生器的输入端设置有离子推进模块，该离子推进模块能在环境压力下点燃所述等离子体生成室中生成的等离子体。2.根据权利要求1所述的等离子发动机，其特征在于，所述离子推进模块包括处于中央的阴极电极以及围绕该阴极电极的阳极电极，其中，所述阳极电极与所述阴极电极伸入所述等离子体生成室中并且通过超轻陶瓷结构彼此间隔开，所述阳极电极外部围绕有超轻陶瓷套管。3.根据权利要求2所述的等离子发动机，其特征在于，所述等离子体发生器包括围绕等离子体生成室布置的第一磁体，该第一磁体被沿着该等离子体发生器的轴向方向极化。4.根据权利要求3所述的等离子发动机，其特征在于，所述等离子体发生器包括围绕等离子体生成室布置在所述第一磁体的相对于等离子体流动方向下游的第二磁体，该第二磁体构造成向等离子体生成室中的等离子体施加沿轴向方向极化的DC磁场。5.根据权利要求1至4之一所述的等离子发动机，其特征在于，所述加热器包括形式为离子回旋共振腔的中央室，来自等离子体发生器的等离子体在该中央室中被加热。6.根据权利要求5所述的等离子发动机，其特征在于，该加热器包括围绕所述中央室的外壁设置的第三磁体，该第三磁体构造成对中央室中的等离子体施加沿轴向方向极化的DC磁场以及沿径向方向发散...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·E·A·兰岑德费尔，刘智宇，
申请(专利权)人：深圳市矛村电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44