×
10.01.2016
216.013.9f82

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к энергетике. Способ запуска стационарного плазменного двигателя, при котором подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов. При этом достигается уменьшение, вплоть до полного устранения, броска тока в разрядной цепи двигателя и, соответственно, на первичной шине питания систем преобразования и управления стационарными плазменными двигателями. Изобретение позволяет снизить нагрузку на функциональные элементы системы электропитания и систем преобразования и управления стационарными плазменными двигателями. 2 табл., 9 ил.
Основные результаты: Способ запуска стационарного плазменного двигателя, заключающийся в выполнении этапов подготовки двигателя к запуску, отличающийся тем, что подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов.

Изобретение относится к областям техники, связанным с эксплуатацией стационарных плазменных двигателей (СПД) и систем преобразования и управления ими (СПУ). Областью применения изобретения является эксплуатация СПД и СПУ в составе космических аппаратов (КА).

Запуск стационарного плазменного двигателя (далее - двигателя) в составе КА осуществляются следующим образом. На первичные шины питания СПУ от системы электропитания (СЭП) КА подается питание. На вход пневматической магистрали каждого двигателя подается ксенон с заданным давлением. В СПУ выдается последовательность команд управления. СПУ коммутирует источники питания к нагрузкам двигателя, преобразует напряжение первичного питания в напряжения, необходимые для работы элементов двигателя. Поступающий в рабочий канал двигателя ксенон ионизируется и ускоряется электрическим полем. В результате двигатель создает тягу, сообщающую КА требуемое ускорение.

Способ запуска двигателя (последовательность команд), выбранный прототипом, приведен в документации ОАО «ИСС» (ИДЛФ СК Исходные данные на логику функционирования подсистемы коррекции). Способ рассмотрен на примере совместной работы системы СПУ-2ЭА и блока коррекции на основе стационарного плазменного двигателя СПД-100В.

Типовая циклограмма запуска двигателя по способу-прототипу представлена в таблице 1.

На этапе подготовки двигателя к запуску выполняют:

- коммутацию источника питания анода (ИПА);

- подключение необходимых цепей соответствующего двигателя к

- источникам питания;

- подачу напряжения от ИПА к электродам двигателя;

- подачу тока накала на катод двигателя;

- открытие клапанов, подающих рабочее тело в двигатель.

Запуск двигателя выполняют путем подачи на поджигающий электрод двигателя импульсов поджига по соответствующей команде. После возникновения тока разряда СПУ автоматически отключает подачу тока накала на выбранный катод выбранного двигателя, отключает подачу поджигающих импульсов.

Физически запуск двигателя по способу-прототипу происходит следующим образом. На этапе подготовки, после приведения коммутаторов СПУ в рабочее состояние, на катод и анод двигателя подается напряжение разряда. Подачей тока накала обеспечивается прогрев катода и эмиссия электронов. После открытия клапанов двигателя рабочее тело поступает в канал двигателя. Импульсы, поданные на поджигной электрод, инициируют разряд между катодом и анодом двигателя. Разрядный ток достигает номинальной величины. Двигатель запускается.

Недостатками способа, выбранного прототипом, являются:

1) Наличие участка холостого хода источника питания анода до запуска двигателя, при котором напряжение разряда повышено на (15-17)% относительно номинального, что повышает на этом участке риск электрических пробоев.

2) Бросок тока при запуске вследствие залповой ионизации газа в канале двигателя. Это вынуждает проектировать силовые цепи СПУ с запасом на перегрузку, порождает переходные процессы по току и напряжению на первичных шинах питания. Данная проблема будет обостряться при переходе к использованию более мощных двигателей, так как амплитуда и длительность переходных процессов при запуске двигателя увеличатся, вследствие чего качество электропитания КА может ухудшиться.

3) Наличие броска тока на выходной шине СЭП снижает стабильность работы подсистем КА, подключенных к данной шине совместно с СПУ. Кроме этого в зависимости от величины броска тока могут повышаться требования к конструкции фильтра на выходной шине СЭП, что в свою очередь приведет к увеличению его массы.

Осциллограмма переходного процесса по напряжению и току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по способу-прототипу приведена на фиг.1. Из рисунка видно, что амплитуда броска тока достигает 33А при номинальном токе 16А, напряжение «проседает» на 0.5 В. Графики тока и напряжения разряда двигателя, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя, приведены на фиг.2 и фиг.3 соответственно. Из фиг.3 видно, что напряжение холостого хода составляет 325В при номинальном напряжении 300 В.

Из графика фиг.2, видно, что ток разряда в первый момент после запуска достигает величины 4.9А (при номинальном токе 4.5А).

Для справки приведен еще один пример, иллюстрирующий запуск двигателя по способу-прототипу. Осциллограмма переходного процесса по напряжению и току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по способу-прототипу приведена на фиг. 4. Графики тока и напряжения разряда двигателя, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя, приведены на фиг. 5 и фиг. 6.

Целью данного изобретения является снижение нагрузки на функциональные элементы СЭП и СПУ.

Эта цель достигается тем, что подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов.

Предлагаемый способ «мягкого» запуска заключается в изменении последовательности команд в циклограмме включения двигателя. Суть изобретения поясняется таблицей 2.

Запуск двигателя в отличие от способа-прототипа выполняется не по команде «Поджиг», а по команде на подачу напряжения от источника питания анода к двигателю. Для этого команда «Включение источника питания анода» перенесена в циклограмме из этапа подготовки двигателя к запуску на этап запуска двигателя. То есть напряжение разряда подается после завершения подготовки двигателя к запуску - катод двигателя разогрет, клапаны двигателя открыты, импульсы поджига поданы. Обеспечены условия для запуска двигателя. Разряд между катодом и анодом в данном случае инициируется непосредственно подачей рабочего напряжения. Дальнейшие операции по работе и отключению двигателя выполняются в соответствии со способом-прототипом. Так как при запуске источника питания анода рост выходного напряжения происходит не мгновенно, а занимает некоторое время, условия для запуска двигателя уже созданы, разрядный ток возникает и начинает рост уже при напряжении порядка 150В. Вследствие этого напряжение разряда не достигает холостого хода, так как источник питания анода сразу получает нагрузку. Стартовое значение напряжения (при котором появляется ток разряда) фактически составляет около половины номинального. Ток в соответствии с законом Ома тоже меньше номинального. Дальнейший процесс увеличения разрядного напряжения и тока происходит плавно, стартовый бросок тока отсутствует.

Технический результат достигается за счет изменения характера переходного процесса при запуске двигателя, а именно: уменьшения (вплоть до полного устранения) броска тока в разрядной цепи двигателя и, соответственно, на первичной шине питания СПУ.

ОАО «ИСС» располагает экспериментальными данными, полученными при проведении огневых испытаний СПУ и двигателей типа СПД-100 В. Полученные данные полностью подтверждают эффективность предлагаемого способа запуска двигателей в части сглаживания переходных процессов, а именно: снижения амплитуды пускового броска тока и увеличения его длительности.

Осциллограмма переходного процесса на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по предлагаемому способу приведена на фиг.7. Графики тока и напряжения разряда, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя по предлагаемому способу, приведены на фиг.8 и фиг.9 соответственно.

На осциллограмме фиг.7 показаны переходные процессы по пусковому напряжению (верхний график) и пусковому току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя. Из осциллограммы следует, что пусковой бросок тока (превышение над установившимся значением) составляет не более 2А, установившееся в начальный момент значение составляет около 7.5А, что примерно в два раза меньше номинального значения (около 15А). На осциллограмме напряжения видно, что после запуска двигателя начинаются пульсации, характерные для начального периода запуска и работы двигателя, при этом провал напряжения при запуске двигателя определить затруднительно.

Из графика фиг.8, видно, что ток разряда после запуска двигателя стабилен. На графике напряжения разряда на фиг.9 в отличие от графика на фиг.3 холостой ход отсутствует.

Предлагаемая по заявляемому способу последовательность действий позволяет выполнять запуск в наиболее оптимальном режиме в части сглаживания переходного процесса в разрядной цепи двигателя и на первичной шине питания СПУ.

Заявляемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает наиболее благоприятные условия эксплуатации функциональных элементов СЭП, СПУ и двигателей, что, в конечном счете, ведет к повышению эксплуатационных характеристик КА в целом.

Заявляемое изобретение может быть использовано в космической технике при эксплуатации СПУ и плазменных двигателей в составе космического аппарата.

Способ запуска стационарного плазменного двигателя, заключающийся в выполнении этапов подготовки двигателя к запуску, отличающийся тем, что подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов.
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ЗАПУСКА СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 171-180 of 198 items.
13.12.2019
№219.017.ed6c

Привод шарнирного соединения для разворачивания солнечных батарей или антенн космического аппарата

Изобретение относится преимущественно, к приводам поворотных конструкций космического аппарата, например панелей солнечных батарей или антенн. Устройство представляет собой приводную пружину один конец, которой закреплен на приводном ролике, конструктивно связанном с одной из поворотных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708778
Дата охранного документа: 11.12.2019
25.12.2019
№219.017.f225

Способ изготовления гибко-плоского электронагревателя

Изобретение относится к областям электротермии и космического машиностроения и может быть использовано при изготовления гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей, поддерживающих в работоспособном состоянии радиоэлектронную аппаратуру космического аппарата при воздействии условий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710029
Дата охранного документа: 24.12.2019
24.01.2020
№220.017.f916

Способ управления движением космического аппарата

Изобретение относится к совместному управлению движением центра масс и угловой ориентацией космических аппаратов (КА) с помощью двигателей малой тяги. Двигатели расположены попарно симметрично плоскости осей крена и рысканья КА, а линии действия их тяг проходят через центр масс КА и направлены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711819
Дата охранного документа: 22.01.2020
01.02.2020
№220.017.fbe6

Узел натяжения вант

Изобретение относится к космической технике, в частности к узлам натяжения вант. Узел натяжения вант содержит площадку с вантами, закрепленную между накладкой и первым кронштейном, а также второй и третий кронштейны для установки с внутренней и внешней сторон силовой конструкции корпуса. Форма...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712709
Дата охранного документа: 30.01.2020
17.02.2020
№220.018.0334

Способ испытаний многозвенной механической системы космического аппарата на функционирование

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к испытаниям элементов космического аппарата (КА). Способ испытаний многозвенной системы космического аппарата на функционирование заключается в том, что КА устанавливают на системе обезвешивания. Закрепляют на звене в точке,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714283
Дата охранного документа: 13.02.2020
17.02.2020
№220.018.0382

Способ изготовления рупорного излучателя

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам изготовления рупорных излучателей из волокнистых композиционных материалов. Рупорный излучатель конструктивно выполнен за единое целое из одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714311
Дата охранного документа: 14.02.2020
02.03.2020
№220.018.07cc

Способ позиционирования и фиксации деталей

Изобретение относится к способам соединения и фиксации деталей, воспринимающих поперечные нагрузки, когда крепежные элементы поставлены в отверстия с зазором, и направлено на упрощение конструкции, уменьшение количества деталей разной номенклатуры и обеспечение снижения требований к точности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715449
Дата охранного документа: 28.02.2020
14.03.2020
№220.018.0bc8

Способ изготовления космического аппарата

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно созданию космических аппаратов (КА). Способ изготовления КА, содержащего систему электропитания, имеющую в своем составе солнечные батареи, аккумуляторные батареи и стабилизированный преобразователь напряжения, заключающийся в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716471
Дата охранного документа: 11.03.2020
14.03.2020
№220.018.0c03

Способ изготовления конструкции механического устройства батареи солнечной

Изобретение относится к технологии изготовления солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА). Механическое устройство СБ содержит панели и раму, которые шарнирно связывают между собой в раскрытом положении. Раму шарнирно связывают с технологическим приспособлением (ТП), имитирующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716513
Дата охранного документа: 12.03.2020
15.03.2020
№220.018.0c3d

Спусковое устройство

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к активирующим устройствам для механических устройств удержания подвижных элементов конструкции конструкций космических аппаратов. Спусковое устройство состоит из электрической и механической частей. Разрушающий элемент одновременно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716605
Дата охранного документа: 13.03.2020
Showing 101-107 of 107 items.
29.04.2019
№219.017.4531

Блок хранения и подачи жидкого топлива для двигательных установок космического аппарата

Заявляемое изобретение относится к космической технике, в частности к системам хранения и подачи жидкого топлива для двигательных установок космического аппарата. Блок хранения и подачи жидкого топлива для двигательных установок космического аппарата содержит топливную и газовую емкость,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002400407
Дата охранного документа: 27.09.2010
24.05.2019
№219.017.5e03

Способ снижения интенсивности эффекта распыления материала в вакуумной камере при испытаниях электрореактивных двигателей и комплекс для его реализации

Заявляемое изобретение относится к областям техники, связанным с испытаниями электрореактивных двигателей с высоким удельным импульсом, например стационарных плазменных и ионных двигателей. Способ снижения интенсивности эффекта распыления материала в вакуумной камере при проведении огневых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688870
Дата охранного документа: 22.05.2019
26.05.2019
№219.017.615c

Способ моделирования процесса удаления космического мусора

Изобретение относится к космической технике. В способе моделирования процесса удаления космического мусора используют данные по конструкции реального объекта космического мусора (ОКМ), а именно реального нефункционирующего космического аппарата (КА) определенного типа, подлежащего удалению с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689088
Дата охранного документа: 23.05.2019
16.11.2019
№219.017.e333

Способ управления движением космического аппарата

Изобретение относится к космической технике, к управлению движением космических аппаратов (КА). Изобретение может быть использовано для изменения (уменьшения) величины отклонения направления импульса коррекции от фактического центра масс КА. Определяют и контролируют величины и направления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706293
Дата охранного документа: 15.11.2019
22.01.2020
№220.017.f8d0

Способ ориентации космического аппарата

Изобретение относится к управлению ориентацией космического аппарата (КА) в процессе коррекции его орбиты. Способ включает развороты КА относительно его осей, ориентацию панелей солнечных батарей (СБ) нормалью их поверхности на Солнце путем их разворота вокруг оси, параллельной третьей оси КА....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711656
Дата охранного документа: 20.01.2020
20.02.2020
№220.018.03f6

Способ управления движением сервисного космического аппарата

Изобретение относится к управлению движением сервисных космических аппаратов (СКА) реактивными двигателями коррекции (ДК) в операциях по удалению объектов космического мусора (ОКМ) с геостационарной орбиты. ДК установлены на трансформируемых штангах в районе узла захвата ОКМ и на торце СКА,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714475
Дата охранного документа: 17.02.2020
14.05.2020
№220.018.1c34

Способ ориентации космического аппарата

Изобретение относится к космической технике. В способе ориентации космического аппарата (КА) ориентируют КА относительно направления на Солнце и Землю. После обеспечения ориентации КА относительно направления на Солнце в заданном диапазоне углов с использованием автономного контура управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720577
Дата охранного документа: 12.05.2020
+ добавить свой РИД