Когда двигатель работает, в камере образуется смесь отрицательных электронов и положительных ионов. Поскольку электроны являются побочным продуктом, их необходимо отфильтровать. Для этого в камеру вставляется катодно-лучевая трубка, которая притягивает к себе электроны.
Ионный двигатель
Ионные двигатели позволяют космическим аппаратам разгоняться до невесомости со скоростями, которые в настоящее время не встречаются в других типах космических аппаратов.
Сущность, строение и принцип работы ионного двигателя:
Ионные двигатели — это тип электрических ракетных двигателей, в которых для создания реактивной тяги используется ионизированный газ, разгоняемый до высоких скоростей в электрическом поле.
Ионный двигатель был впервые предложен российским ученым К.-Е. Циолковского в 1906 году. Впоследствии были проведены теоретические исследования по этому вопросу. В настоящее время ведется работа по его практическому применению.
Ионные двигатели работают на ионизированном газе и электричестве.
В принципе, пропеллент представляет собой ионизированный инертный газ (например, аргон, инородные вещества), но это может быть и ртуть.
Инертный газ подается в генератор ионов (газоразрядную камеру) ионного двигателя. Сам газ нейтрален, но ионизируется под воздействием энергичных электронов. Зажигание двигателя начинается с мгновенного поступления электронов (ионизация), высвобождаемых в расширительную камеру газа. В ионизаторах высокоэнергетические электроны вызывают ионизацию рабочей среды — газа. Таким образом, в камере образуется смесь положительных ионов и отрицательных электронов.
Для фильтрации электронов к камере подключается катодно-лучевая трубка, которая притягивает их. Положительные ионы притягиваются вытяжной системой, состоящей из двух или трех экранов (один положительно заряженный и один отрицательно заряженный). Между решетками существует значительная разница в электростатическом потенциале (+1090 вольт на внутренней решетке и -225 вольт на внешней). Согласно третьему закону движения Ньютона, в результате запутывания ионов между решетками, они ускоряются и запускаются в космос, ускоряя космический корабль. Электроны, захваченные в катодно-лучевой трубке (нейтрализующий агент), выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов.
Солнечные панели используются для выработки электроэнергии. Однако в будущем планируется использование атомных электростанций.
Использование внешних магнитных полей в ионных двигателях повышает энергоэффективность системы.
Ионные двигатели характеризуются высоким импульсом. Они потребляют небольшое количество газа для выполнения маневров.
Преимущества ионного двигателя для космического аппарата:
-Позволяет космическим аппаратам разгоняться до невесомости со скоростями, недостижимыми для других существующих космических двигательных систем.
-Они потребляют меньше топлива, чем обычные реактивные двигатели.
-Ионные двигатели могут достигать очень высокого удельного импульса. Это значительно снижает расход реакционной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реакционной массы химических ракет.
-Для работы ионных двигателей требуется небольшое количество энергии, 150-500 Вт. Двигатели мощностью 150-500 Вт могут быть установлены на небольших космических аппаратах.
-Низкие рабочие температуры, в отличие от обычных реактивных двигателей.
-В отличие от топлива, используемого в химических ракетах, топливо не требует высокой чистоты.
-Простота сборки и эксплуатации конструкции, -Простота эксплуатации.
-Ионные двигатели продлевают срок службы космических аппаратов в два-три и более раз.
-Для полетов на Марс (и наоборот) достаточно ионного двигателя мощностью около 50 кВт.
В отдаленном будущем планируется оснастить ионными двигателями все космические аппараты, включая тяжелые. Это позволит совершать путешествия к далеким планетам и звездам, пилотируемые миссии к планетам Солнечной системы и тяжелые транспортные полеты.
На ионной тяге: cамодельный ионолет
Достаточно тривиально! ‘TechInsider решил построить самолет с ионным двигателем, работающим на электричестве. Это дальний родственник ионных двигателей на некоторых современных космических аппаратах.
Когда включается высоковольтный генератор, легкая серебристая лодка мягко грохочет над столом. Это кажется совершенно удивительным, и я начинаю понимать, почему в Интернете так много удивительных объяснений этому явлению. Объяснения варьируются от физики воздуха до попыток объединить взаимодействие электромагнетизма и гравитации. ‘TechInsider попытался прояснить этот вопрос.
Конструкция ионолета
Мы решили создать простую конструкцию в виде ионной струи. Наше устройство представляет собой асимметричный конденсатор, с тонкой медной проволокой для верхнего электрода и пластиной алюминиевой фольги для нижнего, натянутой на рамку, приклеенную к тонкому деревянному листу (бальза). Расстояние между верхней проволокой и листом составляет примерно 30 мм. Очень важно, чтобы фольга проходила вокруг планок и не имела острых «ребер» (в противном случае может произойти электрическое повреждение).
К генерируемому конденсатору был подключен генератор высокого напряжения, изготовленный из бытового источника питания для модернизации ионизатора воздуха 30 кВ. Положительный провод верхнего тонкого провода и отрицательный провод листовой пластины. Поскольку устройство не имело системы управления и стабилизации, оно было связано тремя кабаньими нитками на столе. После активации натяжения он оторвался от поверхности и завис над столом настолько, насколько позволяли ремни.
Каркас ионной плоскости был изготовлен из тонких полосок бальзы и приклеен на место цианакрилатным клеем. Для «обшивки» стен (второй электрод) использовалась тонкая алюминиевая фольга (треугольная в плане, стороны около 200 мм) шириной 30 мм, натянутая в рамке. Убедитесь, что лист не имеет острых краев и плавно огибает планки. В противном случае напряженность поля на поверхности будет очень высокой и может привести к разрушению. Верхний электрод был изготовлен из тонкой медной проволоки с поперечным сечением 0,1 мм ^ 2 (использовались обмотки со съемной изоляцией). При подаче высокого напряжения возникает коронный разряд. Верхний электрод (положительный) находится на расстоянии примерно 3 см от нижнего электрода (отрицательного). Ионометр был закреплен на столе с помощью доски, чтобы предотвратить его бесконтрольный полет по комнате.
История вопроса
В 1920-х годах американский физик Томас Таунсенд Браун столкнулся со странным явлением, экспериментируя с рентгеновскими трубками Coolidge. Он обнаружил, что асимметричные конденсаторы, заряженные высоким напряжением, обладают специфической силой, которая может даже поднять такие конденсаторы в воздух. Браун опубликовал статью о своем устройстве 15 ноября 1928 года в британском патенте № 300311: «Способ получения силы или движения. Результат генерации этой силы был назван эффектом Биффельда-Брауна, по имени Пола Альфреда Биффельда, профессора физики из университета. Денисона. Браун в Грэнвилле, штат Огайо, помогал в проведении эксперимента. Сам изобретатель считал, что нашел способ воздействовать на гравитацию с помощью электричества.
В таком виде эта история появляется почти везде в Интернете — в статьях многих неизвестных изобретателей «антигравитационных аппаратов» и «космических кораблей будущего». Но наши ионные самолеты действительно летают!
В качестве блока питания (высоковольтного генератора) мы использовали бытовой блок питания (БП) ионного генератора на напряжение около 30 кВ. Поскольку наши ионизаторы имеют только один контакт для высоковольтных электродов, нам пришлось разобрать корпус, снять сам блок питания и подключить два провода. Далее, в целях безопасности, блок питания был аккуратно помещен в коробку подходящего размера и покрыт парафином. Вместо блока питания можно использовать старый блок питания экрана (ЭЛТ).
Преимущество химических двигателей заключается в том, что они вырабатывают большое количество энергии за короткое время. Это необходимо для подъема больших грузов в космос. Однако серьезным недостатком этих двигателей является то, что они очень неэффективны.
презентация проекта «Ионный двигатель»
Отметим, что в соответствии с Федеральным законом N273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» об организации образовательной деятельности обучение и воспитание обучающихся с ограниченными возможностями здоровья организуется совместно с другими обучающимися либо в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 учебных материалов для школ и семей
Переподготовка по курсу
‘Я учусь, играя: эффективное обучение иностранному языку детей дошкольного возраста’
Сертификаты и скидки для каждого участника
Ионные двигатели невозможны сегодня, возможны завтра. К.Э. Циолковский
Ионный двигатель был впервые предложен К. Э. Циолковским. В 1906 году Годдард написал, что заряженные частицы можно использовать для генерации импульсов. Двадцать три года спустя в своей книге «Проблема космического полета» Оберт более подробно описал возможность использования «электрического ветра» для космических полетов и, в частности, сообщил, что российский исследователь Улинский предложил следующую конструкцию ионного двигателя. Уже в 1923 году.
Условия для разработки ионного двигателя Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935).
Затем последовало несколько теоретических разработок. Конечно, поэтому ионные двигатели являются наиболее изученными по сравнению с другими двигателями будущего, предназначенными для достижения очень высоких скоростей.
Схема требований к ионному двигателю межпланетного ионного аппарата
Принцип работы ионного двигателя заключается в том, что в качестве топлива используется не топливо, как в реактивном двигателе, а ионный ток, который ускоряется с необычайной скоростью под воздействием магнитного поля. Рис. Принцип работы ионных двигателей.
Актуальность. Ионные двигатели не используют топливо в качестве источника энергии и являются независимыми источниками разряда. Поскольку топливные ресурсы нашей планеты быстро истощаются, используются двигатели внутреннего сгорания, а реактивные двигатели не являются экологически чистыми, исследования в области альтернативных источников энергии сегодня очень важны. Поэтому исследование «ионных двигателей» имеет большое значение.
Временно сделано предположение, что «высокие скорости могут быть достигнуты с помощью ионных двигателей вместо реактивных». В связи с этим были поставлены следующие цели. ‘Исследовать возможность использования заряженных частиц для генерации импульсов’. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи Изучить теоретические аспекты работы ионного двигателя. Соберите модель ионного двигателя. Измерьте созданную разность потенциалов. Исследуйте, от чего зависят возможные различия и максимизируйте их ценность. Совершенствование устройств для преобразования статических нагрузок в механическую энергию.
