Электрореактивные двигатели

[Алексей Любопытный]

Недостатком этой энергосиловой установки является долгое включение в работу с момента холодного старта. Если реактор уже "раскручен", то можно включать двигатель в любой момент оперативно - в течении микросекунд. Ничто не мешает держать реактор в "горячем" режиме с выключенным ЭРД, который включается и выключается в любой момент по необходимости.

Мощность ЭРД прямо пропорциональна скорости вращения турбины и температуре рабочего тела контура реактора, который можно изымать из тракта и выпускать через ЭРД в качестве реактивного рабочего тела. Вопросы радиационного заражения системы не входят в мою компетенцию, но полагаю, что применение двух и более контуров ощутимо её снижает. Причём первый контур можно делать без циркуляции.

[Алексей Любопытный]

Пост гнева!

Спойлер

Надо же, перечитал самые первые комментарии с 2013 и 2014 года в этой теме и понял, почему такие как Лунатик, "Алекс второй" и называющий себя "vlad с циферками" являлись и являются говном.

1. Они не верили, что в России в компании  Факел производят российские ЭРД. Сейчас это почему-тио ни у кого не вызывает сомнения. А тогда эти умственные уроды и поверить в это не могли. А точнее не не могли, а не хотели. Потому что придурки они специально придуряются, чтобы нанести вред людям. А конкретно эти придурки нацелены вредить России и её гражданам.
2. Сейчас я вижу, что они и тогда не понимали, что такое плазма. И по этому изначально были баранами и сейчас ими же и остались!

[свернуть]

Вот почему я стал таким злым...

[khach]

Потери рабочего тела из первого контура чреваты. ТЕм более там вроде смесь гелий-ксенон, будет парциальное давление изменяться. Наверно лучше бы электромагнитное сцепелние сделать с герметичной немагнитной разделительной стенкой. Хотя на мегаватт это уже будет большой по размерам поросенок и его надо будет охлаждать. Ну и еще- униполярные генераторы могут отдавать практически любую мощность, если нагрузка может ее потребить. Их и использовали как импульсные установки. А если вакуумная дуга в холловском движке вспыхнет? Турбину сломает как пить дать. Так что если и делать прямой привод - то  со свободной турбиной, тут хоть циркуляция рабочего тела не прекратится в реакторе. При использовании инвертора при вакуумном пробое просто по датчику тока выключаем инвертор и ждем пока дуга погаснет. Кстати, а как измерять рабочий ток такого движка? Куда там датчик тока можно приспособить корректно? Напряжение разряда можно измерять скользящими щетками, а вот с током проблема.
Ну и еще вопрос- эмиссионная поверхность ротора-колокола будет подвержена эрозии. Как там с балансировокй вращающегося обьекта при длительных сроках эксплуатации?
А вообще идея интересная, только кучу нетипичных инженерных задач решить надо  в общей связке.
Если будет статья по испытаниям прототипа, очень бы хотелось на нее глянуть.

[Алексей Любопытный]

khach написал:
Наверно лучше бы электромагнитное сцепелние сделать с герметичной немагнитной разделительной стенкой.

Электромагнитная муфта? Прекрасная мысль! К тому же позволяет при необходимости отключить ненужное вращение сопла ЭРД.

khach написал:
А если вакуумная дуга в холловском движке вспыхнет? Турбину сломает как пить дать.

Если посмотреть на их схему, то там катод под цифрой 10 и сопло анод 11. Дугообразными стрелками под обозначением Ip показан электрический ток. А это значит, что вакуумный пробой обязан быть. То есть он используется как средство ионизации истекающих газов. Электроны в дуге ионизируют реакторный газ, а магнитные поля ускоряют полученную плазму.

Следовательно конструкторы учитывают влияние электрического пробоя на вал конструкции и все присоединённые к нему агрегаты.

Вращение сопла-анода 11 с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией Вс, создаваемом соленоидом 13, по которому протекает ток Ic, приводит к появлению в токопроводящем материале сопла-анода 11 электродвижущей силы ε, направленной от катода 10 к выходному сечению сопла-анода 11. Это приводит к возникновению разности потенциалов между катодом 10 и выходной частью сопла-анода 11. При этом изолирующая проставка 14 предотвращает перетекание потенциала с сопла-анода 11 на турбину 2.

khach написал:
 эмиссионная поверхность ротора-колокола будет подвержена эрозии. Как там с балансировкой вращающегося объекта при длительных сроках эксплуатации?

Я так полагаю после длительной работы это сопло с катодом может понадобиться менять прямо в космосе. Думаю теледроид с такой работой бы справился. А колебания можно оценивать при работе датчиками вибрации, что сейчас осуществляется на авиационных турбинах.

[khach]

Zveruga написал:
А это значит, что вакуумный пробой обязан быть

Вакуумный пробой конечно есть, но не вакуумный дуговой. Дуговой пробой возникает при наличии вторичной эмиссии и горячих пятен на электродах- получаем узкий плазменный шнур с очень низким сопротивлением и гигантским током. Причина такого пробоя может быть банальная пылинка, которая от чего то оторвалась и влетела в область интенсивного разряда. Для обычного холловского движка гашение такого пробоя- шататный режим, но там защита электронная быстродействующая, а тут медленная механика и обмотка с большой индуктивностью, у которой тоже быстро ток не поднять. Пробой можно погасить ростом магнитного поля ( магнитное дутье) но в этой конструкции поле связано с генерируемым напряжением. Поэтому и возникает вопрос о стабильности законов регулирования такого двигателя.

 Рабочий разряд скорее всего идет при постоянном напряжении, которое определяется магнитным полем соленоида. Типа как рабочий режим магнетронов- напряжение почти постоянное, а ток растет с ростом мощности.

[thunder26]

khach написал:
Для обычного холловского движка гашение такого пробоя- шататный режим, но там защита электронная быстродействующая,

Не припомню в СПУ/PPU такого режима

[khach]

thunder26 написал:
Не припомню в СПУ/PPU такого режима

Так по перегрузке по току и небольшая задержка до повторного включения. Датчики тока в любом PPU стоят, без них невозможно понять момент зажигания разряда и эффектиность двигателя не посчитать. А преобразователи  PPU в основном резонансные( мешьше потери), они от перегрузке по току защищены конструктивно.

Участок падающей IV характеристики видите? На нем разряд и погаснет как только напряжение станет ниже напряжения поддержания дуги. Но вообще то это конечно аварийный режим, Типа источники соленоидов магнитного поля отказали а разряд горить. Для киловаттных холлов это не страшно, а для мегаваттных может повлечь большие неприятности.

[PIN]

khach написал:
Так по перегрузке по току и небольшая задержка до повторного включения.

Если не путаю, то у GOCE это время составляло менее 2х секунд, у BepiColombo не помню цифры вообще.

[thunder26]

khach написал:
Участок падающей IV характеристики видите? На нем разряд и погаснет как только напряжение станет ниже напряжения поддержания дуги. Но вообще то это конечно аварийный режим

Это просто ВАХ источника питания анода (судя по всему от Mk3).
Вы писали про "штатный быстродействующий режим гашения пробоя". Не вижу такого режима в спецификации PPU.

[khach]

thunder26 написал:
Вы писали про "штатный быстродействующий режим гашения пробоя".

Код Выделить Развернуть

Features
Power Section
 Anode Discharge
 Cathode Supply (Ignitor/Heater)
 Magnet Supply
 Aux DC/DC Converter
 EMI filters
 Input Bus Protection
 Temperature Monitoring
Control Section
 Thermal sensors acquisition
 Thruster driving voltage and current acquisition
 Heater driving current acquisition
 Output voltage and current signals acquisition
 Voltage set to DC/DC Converters for Anode, Cathode and Magnet coil
 Operating modes management: start-up, stop, regulated thrust and
failure recovery
 External Telecommand/Telemetry communicationВот цитата с ТЗ."and falure recovery" - там много чего спрятано, но и пробои в том числе.

[thunder26]

khach написал:
Вот цитата с ТЗ.

Раз уж цитируете, назовите конкретную модель PPU.

[khach]

thunder26 написал:
Раз уж цитируете, назовите конкретную модель PPU.

Да нашел первое попавшееся ТЗ  на  PPU в интернете. Свои, уж извините, цитировать не могу  - NDA.
На всякий случай приложу ссылку на отчет NASA по теме пробоев https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740015235.pdf хотя это и не касается холловских двигателей- их тогда еще не знали. Но можете поверить- при размагничивании постоянного магнита в мелком холловском источнике плазмы ( перегрели) разрядные эффекты были феерические. И одно дело наземный стенд, который есть кому выключить, и другое-летный экземпляр PPU.

Где например приходится учитывать старение силовых полупроводников от набранной дозы радиации и корректировать соответственно мертвое время ключей в инверторах. Это кроме всех защит по току, температуре, деградации пассивных элементов ( конденсаторов)  итд.

И это на киловаттах, а обсуждали мегаваттный движок с электромашинным генератором. Где запасенная кинетическая энергия в роторе сплавит все в кусок шлака при пробое. Разве что ставить размыкатель в ротор механический с дутьем для гашения дуги.

[thunder26]

khach написал:
Да нашел первое попавшееся ТЗ  на  PPU в интернете

У этой первой попавшейся спецификации есть привязка к конкретной модели РРU? Или это сферический конь в вакууме?
У Мк2, например, никаких штатных режимов гашения пробоев нет.

[thunder26]

khach написал:
Где например приходится учитывать старение силовых полупроводников от набранной дозы радиации и корректировать соответственно мертвое время ключей в инверторах. Это кроме всех защит по току, температуре, деградации пассивных элементов ( конденсаторов)  итд.

Излишне феерическое описание Анализа наихудшего случая, который делается для всех бортовых приборов.

[thunder26]

Васька Кот написал:
А есть какая нибудь таблица по классификации ЭРД?

 

[thunder26]

  

 

 

[khach]

thunder26 написал:
Излишне феерическое описание Анализа наихудшего случая

Это не "наихудший случай" это парирование ситуации в процессе развития. Наихудший случай это КЗ в обеих резервируемых плечах инвертора с привариванием контактов аварийного размыкателя силовой цепи. Для парирования этого случая размыкатель с пиропатроном предлагали добавить. А коррекция deadtime от накопленной дозы позволяет продлить время существования инвертора. Только требует датчика тока с быстродействующей защитой у каждого силового транзистора моста. Зато наличие датчиков позволят повысить КПД инвертора, т.к adaptive deadtime весьма экономичный по потерям режим, хотя и рисковый.
По поводу восстановления после пробоя- при срабатывании защиты по превышению тока неизвестна причина. Если это не двигатель ориентации а разгонный двигатель то долго думать нельзя, сорвем маневр, да и ориентация аппарата может не поддерживать связь. Поэтому алгоритм обычно такой- переходи на второй комплект инвертора ( он холодный и термические эффекты менее вероятны). Дрыгаем драйверами затворов транзисторов на холодную( проверяем собственную емкость). Запускаем инвертор через шунтовой резистор который ограничит ток при аварии. Плавно поднимаем напряжение на выходе. Если есть КЗ- то это проблема в выпрямителе а не в холловском двигателе. Поднимаем напряжение до зажигания разряда. Стабилизируем ток на минимальном уровне. Отключаем ( закорачивам ) ограничительный резистор в цепи питания. Выходим на режим холловского двигателя.
Пока все это происходит горячее пятно успевает остыть. А отключение при пробое идет по обычному превышению уставки по току без анализа причины- некогда.
Вышеприведенное не догма, очень все зависит и от уставок, и от предыстории, например если дублирующий комплект инвертора уже заведомо неисправен.
Инверторный холл и не требует специальных гасилок- выключить и подождать чуть и все само пройдет. А вот электромашинный холл- это другой вопрос, его то мы и начинали обсуждать.
PS. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150023095.pdf
вот тут обсуждают симулированый Fault, хотя и случай нетипичный- прямое питание разряда от высоковольтной шины питания аппарата.

[thunder26]

khach написал:
Это не "наихудший случай" это парирование ситуации в процессе развития. Наихудший случай это КЗ в обеих резервируемых плечах инвертора с привариванием контактов аварийного размыкателя силовой цепи.

 «Анализ наихудшего случая» (WCA по-нерусски) - один из стандартных анализов в рамках обеспечения надежности.   В нем как раз рассматривается влияние деградации параметров на функциональные характеристики. И делается это для любого бортового прибора. Приваривание контактов - это отказ и рассматривается в АВПКО (FMECA). 
Я понял, что вы не в теме.

[thunder26]

khach написал:
А отключение при пробое идет по обычному превышению уставки по току без анализа причины

Оказывается все просто. Тогда к чему было про «штатный режим гашения дуги?». Вопрос риторический.

[thunder26]

khach написал:
Запускаем инвертор через шунтовой резистор который ограничит ток при аварии.

Судя по контексту - через балластный резистор.