本實(shí)用新型總體上涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是用于推進(jìn)太空飛行器例如火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)。

更具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)以選定的方向排放等離子體或電離粒子來(lái)提供推力，以便推進(jìn)車輛或飛行器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中已知通過(guò)排放電離氣體(等離子體)來(lái)產(chǎn)生推力的發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)通常稱為“等離子發(fā)動(dòng)機(jī)”。例如，授予Cirri的US專利No.5,241,244(以下簡(jiǎn)稱“244’專利”)描述了一種這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)。該224’專利所公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)向被注射到電離室內(nèi)的中性氣體施加電磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生等離子體。自由電子存在于排放室中并且被電磁場(chǎng)激勵(lì)，所激勵(lì)的電子撞擊該排放室中的氣體原子，使得氣體原子被電離。該排放室的排出端設(shè)置有帶電荷的格柵，以用于吸引通過(guò)電離產(chǎn)生的離子，并使離子通過(guò)該格柵以很高的速度離開(kāi)排放室。由此通過(guò)離子的排放產(chǎn)生了推力。

另一種已知類型的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)是霍爾效應(yīng)等離子體推進(jìn)器。例如，授予Petrosov等人的US專利No.5,845,880(以下簡(jiǎn)稱“880’專利”)描述了一種霍爾效應(yīng)等離子體推進(jìn)器。該880’專利所公開(kāi)的推進(jìn)器包括向其中注射中性氣體例如氙氣的室。電子從該推進(jìn)器的排放端附近的陰極端子發(fā)出，并通過(guò)具有高電壓的陽(yáng)極端子朝向該室的另一端加速。對(duì)該室施加電磁場(chǎng)以使電子朝向陽(yáng)極端子以螺旋路徑移動(dòng)。當(dāng)電子靠近陽(yáng)極端子時(shí)，它們撞擊所注射的氣體的分子，以使該氣體被電離。借助于磁場(chǎng)，電子在該推進(jìn)器的排出端附近以云狀聚集。帶正電荷的電離氣體原子被靜電吸附至該電子云并且高速離開(kāi)該推進(jìn)器。在該880’專利所公開(kāi)的推進(jìn)器中，磁場(chǎng)對(duì)所排出的離子的路徑的影響很小，因?yàn)檫@些離子比電子大得多。因此，離子以基本上筆直的路徑離開(kāi)該推進(jìn)器。

授予Chang的US專利No.4,851,279和No.4,893,470描述了其他類型的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括靜電等離子體發(fā)生器。來(lái)自該發(fā)生器的等離子體受到一系列磁體的約束，并且被引向排放噴嘴。該排放噴嘴大致為錐形。通過(guò)向排放噴嘴的內(nèi)表面注射中性氣體以便隔離該排放噴嘴以及通過(guò)在排放噴嘴的入口安放磁體以使等離子體的排放聚焦來(lái)限制等離子體與噴嘴材料之間的接觸。在這些專利中，可以通過(guò)改變注射到排放噴嘴中的中性氣體的量并由此改變與推力直接相關(guān)的、穿過(guò)排放噴嘴的質(zhì)量流來(lái)調(diào)節(jié)由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力。

現(xiàn)有技術(shù)中已知的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)局限之處在于，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖量(每單位質(zhì)量的排放物產(chǎn)生的推力)不能被容易地控制。通常，在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中，僅推力能被直接控制。對(duì)于某些類型的航程例如星際旅行而言，可能希望發(fā)動(dòng)機(jī)以低的推力和非常高的比沖量來(lái)運(yùn)行，以便能在航程期間產(chǎn)生高速度以及可能的人造重力。然而，還希望這種發(fā)動(dòng)機(jī)仍具有在需要時(shí)(例如在脫離行星軌道時(shí))產(chǎn)生非常高的推力的能力。

一般而言，現(xiàn)有技術(shù)中的等離子體排放型的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)向等離子體施加靜電場(chǎng)來(lái)使等離子體具有高排放速度。帶正電荷的氣體離子通過(guò)被吸引向帶負(fù)電荷的陰極端子而以高速度離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)電子保留在后面。因此，現(xiàn)有技術(shù)中已知的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)需要用于排放離子的靜電中和器，以便不會(huì)由于僅從發(fā)動(dòng)機(jī)排放正電離子而積聚靜電荷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的一個(gè)目的是通過(guò)提高等離子體的生成效率、等離子體的加熱效率等來(lái)提出一種工作效率高并且經(jīng)濟(jì)性好的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)。

本實(shí)用新型的另一個(gè)目的提出一種輸出可控的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同實(shí)現(xiàn)推力與比沖量的適當(dāng)組合。

根據(jù)本實(shí)用新型，一種等離子發(fā)動(dòng)機(jī)包括：

-等離子體發(fā)生器，該等離子體發(fā)生器包括用于接收可電離氣體的供應(yīng)的輸入端以及用于利用該可電離氣體產(chǎn)生等離子體的等離子體生成室；

-加熱器，該加熱器沿等離子體的流動(dòng)方向布置在該等離子體發(fā)生器的下游，并且用于加熱該等離子體；以及

-排放端，該排放端沿等離子體的流動(dòng)方向布置在該加熱器的下游，并且用于將加熱后的等離子體排出該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，

其中，該等離子體發(fā)生器為螺旋波型的等離子體發(fā)生器，它的等離子體生成室與所述加熱器物理隔離，它的輸入端設(shè)置有離子推進(jìn)模塊，該離子推進(jìn)模塊能在環(huán)境壓力下點(diǎn)燃所述等離子體生成室中生成的等離子體。

上述等離子發(fā)動(dòng)機(jī)可以分別通過(guò)離子推進(jìn)模塊和加熱器對(duì)所生成的等離子體進(jìn)行二級(jí)加熱，由此提高等離子體的加熱效率。另外，等離子體生成器與加熱器的物理隔離也進(jìn)一步提供了加熱器的加熱效率。這樣，通過(guò)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)提高了整個(gè)等離子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

本實(shí)用新型的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)還具有如下有利的技術(shù)特征：

-所述離子推進(jìn)模塊包括處于中央的陰極電極以及圍繞該陰極電極的陽(yáng)極電極，其中，所述陽(yáng)極電極與所述陰極電極伸入所述等離子體生成室中并且通過(guò)超輕陶瓷結(jié)構(gòu)彼此間隔開(kāi)，所述陽(yáng)極電極外部圍繞有超輕陶瓷套管；

-所述等離子體發(fā)生器包括圍繞等離子體生成室布置的第一磁體，該第一磁體被沿著該等離子體發(fā)生器的軸向方向極化；

-所述等離子體發(fā)生器包括圍繞等離子體生成室布置在所述第一磁體的相對(duì)于等離子體流動(dòng)方向下游的第二磁體，該第二磁體構(gòu)造成向等離子體生成室中的等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)；

-所述加熱器包括形式為離子回旋共振腔的中央室，來(lái)自等離子體發(fā)生器的等離子體在該中央室中被加熱；

-所述加熱器包括圍繞所述中央室的外壁設(shè)置的第三磁體，該第三磁體構(gòu)造成對(duì)中央室中的等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)以及沿徑向方向發(fā)散的磁場(chǎng)；

-所述加熱器包括與RF電源相連的天線陣列，該天線陣列定向成對(duì)中央室中的等離子體施加靜電磁場(chǎng)；

-該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有電源調(diào)節(jié)器，該電源調(diào)節(jié)器構(gòu)造成選擇性地將RF電源的一部分能量供應(yīng)給等離子體發(fā)生器的天線陣列，并且將RF電源的其余能量供應(yīng)給加熱器的天線陣列；

-該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括布置在所述加熱器與所述排放端之間的磁性喉狀部，該磁性喉狀部與該加熱器的中央室連通，以用于約束來(lái)自該加熱器的等離子體；

-圍繞該磁性喉狀部的外壁布置有第四磁體，該第四磁體構(gòu)造成向等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)；

-該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括布置在所述排放端處以供等離子體沿軸向穿過(guò)的波紋線圈陣列，該波紋線圈陣列與AC電源相連，并且定向成在即將離開(kāi)等離子發(fā)動(dòng)機(jī)的等離子體上引發(fā)沿軸向方向極化的AC磁場(chǎng)；

-所述波紋線圈陣列由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的線圈構(gòu)成，或者由圍繞等離子發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸向纏繞的螺旋管構(gòu)成；

-該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括布置在所述排放端處的噴射裝置，該噴射裝置構(gòu)造成將中性原料以與排放端處的等離子體的流同軸的環(huán)的方式噴射到該等離子體的流的徑向最外部分；

-所述中性原料為儲(chǔ)存在原料罐中的液體燃料；所述噴射裝置包括泵，該泵經(jīng)由控制閥裝置從該原料罐抽取并泵送該液體燃料；以及

-該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)還包括穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，該穩(wěn)定結(jié)構(gòu)沿該等離子發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，并且呈現(xiàn)框架的形式。

附圖說(shuō)明

下面參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中：

圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)的離子推進(jìn)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出本實(shí)用新型實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)中的磁場(chǎng)分布和粒子軌跡。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)10，該發(fā)動(dòng)機(jī)10優(yōu)選用在太空飛行器尤其是火箭中。該發(fā)動(dòng)機(jī)10包括可電離氣體源12。在本實(shí)施例中，該可電離氣體源12由儲(chǔ)存在合適的罐中的液態(tài)氬構(gòu)成。然而，也可以使用其他氣體例如甲烷或氨氣作為可電離氣體源，并且可以將該可電離氣體以任何合適的形式儲(chǔ)存，甚至還可以設(shè)想從在發(fā)動(dòng)機(jī)10附近進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)中獲取可電離氣體。

該可電離氣體源12中的氣體通過(guò)氣體注射系統(tǒng)14被供應(yīng)到等離子體發(fā)生器20中，以便被電離而生成等離子體。優(yōu)選地，等離子體發(fā)生器20是可產(chǎn)生螺旋波等離子體的發(fā)生器。如通常已知的，這種螺旋波等離子體發(fā)生器包括設(shè)置在該發(fā)生器的等離子體生成室附近但不接觸該等離子體生成室的天線，該天線被以所謂的“螺旋波頻率”供應(yīng)RF(射頻)能量，由此從該發(fā)生器的等離子體生成室中存在的氣體的原子上激勵(lì)出電子。該天線的形狀和類型對(duì)于該發(fā)生器的運(yùn)行不重要，只要該天線形成并且優(yōu)選定向成使得施加到該發(fā)生器中的氣體上的磁場(chǎng)沿著一個(gè)使氣體流的電離最大化的方向極化即可。

如圖1中所示，可以通過(guò)RF電源22向等離子體發(fā)生器20的天線供應(yīng)能量。該RF電源22以及發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它相關(guān)電源可以連接到電源調(diào)節(jié)器23。該電源調(diào)節(jié)器23用于管理和調(diào)節(jié)從主能量源(未示出)分配到RF電源22的能量或功率，該主能量源可以采取熱核裂變發(fā)生器、熱核聚變發(fā)生器、太陽(yáng)能板、微觀黑洞發(fā)生器或者氫/氧燃料電池等形式。

與已知的靜電等離子體發(fā)生器相比，使用螺旋波等離子體發(fā)生器來(lái)生成等離子體的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要與氣體或等離子體相接觸的電極，由此降低了腐蝕的可能性。使用螺旋波等離子體發(fā)生器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是螺旋波等離子體發(fā)生器的效率高于靜電等離子體發(fā)生器。當(dāng)?shù)入x子體發(fā)生器的效率很高時(shí)，使用已有的可電離氣體源將變得更有效且經(jīng)濟(jì)。

仍參見(jiàn)圖1，根據(jù)本實(shí)用新型，等離子體發(fā)生器20還包括設(shè)置在其輸入端的離子推進(jìn)模塊30。該離子推進(jìn)模塊30可以由反激式變換器和大容量移動(dòng)電源構(gòu)成，該大容量移動(dòng)電源可以由標(biāo)準(zhǔn)高壓和大容量電容器形成。

現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，優(yōu)選地，本實(shí)用新型的離子推進(jìn)模塊30包括處于中央的陰極電極31以及圍繞該陰極電極31的陽(yáng)極電極32。所述陽(yáng)極電極32與所述陰極電極31朝向等離子體生成室延伸并且通過(guò)超輕陶瓷結(jié)構(gòu)33間隔開(kāi)。所述陽(yáng)極電極32外部也圍繞有超輕陶瓷套管34。作為舉例，陰極電極31可以由鎢制成，陽(yáng)極電極32可以由銅制成。

如可從圖1和2中看出的，陰極電極31和陽(yáng)極電極32之間的超輕陶瓷結(jié)構(gòu)33中開(kāi)設(shè)有沿縱向或軸向方向(即圖1中的左右方向)貫通的開(kāi)口，以允許來(lái)自氣體注射系統(tǒng)14的可電離氣體進(jìn)入等離子體發(fā)生器20中、尤其是進(jìn)入該等離子體發(fā)生器20的等離子體生成室中。

這樣，離子推進(jìn)模塊30可以一方面使可電離氣體產(chǎn)生軸向加速度以便將其向前推進(jìn)，另一方面能通過(guò)電弧放電而在發(fā)動(dòng)機(jī)所處環(huán)境的環(huán)境壓力下點(diǎn)燃在等離子體生成室中形成的高密度等離子體流，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)所生成的等離子體的初級(jí)加熱。

優(yōu)選地，等離子體發(fā)生器20包括用于向該等離子體發(fā)生器20中的氣體原子施加DC(直流)磁場(chǎng)的第一磁體17。該第一磁體17可以圍繞等離子體發(fā)生器20、尤其是其等離子體生成室的外壁設(shè)置。該第一磁體17優(yōu)選被沿著等離子體發(fā)生器20的軸向方向或縱向軸線極化。該第一磁體17可以是超導(dǎo)的電磁體，該超導(dǎo)的電磁體可以被液氮冷卻，該液氮可以由分離器(或液氮壓縮單元)16從液氮源15中抽出?；蛘?，第一磁體17也可以是圍繞等離子體發(fā)生器20的縱向軸線纏繞的超導(dǎo)線圈。

對(duì)于經(jīng)常暴露在外太空的真空下的太空飛行器應(yīng)用而言，上述實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在螺旋波激勵(lì)之后保留在等離子體發(fā)生器20中的未電離的氣體基本不會(huì)受到第一磁體17的磁場(chǎng)的影響。因此，未電離的氣體可被容易地通過(guò)環(huán)境空間的真空從該等離子體發(fā)生器20中抽出，而被電離的氣體和自由電子則受到第一磁體17的磁場(chǎng)的約束，并且遠(yuǎn)離等離子體發(fā)生器20的輸入端地沿軸向方向行進(jìn)。由于利用真空從等離子體發(fā)生器中移除了未電離的氣體，進(jìn)入該發(fā)生器20下游的加熱器25(下文將詳細(xì)說(shuō)明)中的未電離氣體的量顯著減少，由此將顯著增大加熱器25的效率。

在等離子體發(fā)生器20中形成的等離子體可以通過(guò)第二磁體18被沿著發(fā)動(dòng)機(jī)10的軸向方向引導(dǎo)出該等離子體發(fā)生器20。該第二磁體18圍繞該等離子體發(fā)生器20的外壁設(shè)置，并且向該等離子體發(fā)生器20的等離子體生成室中所生成的等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)。與第一磁體17一樣，第二磁體18也可以是超導(dǎo)磁體，并且可以被來(lái)自分離器16或者直接來(lái)自液氮源15的液氮冷卻。

仍參見(jiàn)圖1，根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括用于加熱等離子體的加熱器25。該加熱器25在等離子體的前進(jìn)方向上設(shè)置在等離子體發(fā)生器20的下游，并且與該等離子體發(fā)生器20、尤其是該等離子體發(fā)生器20的等離子體生成室物理隔離。等離子體發(fā)生器20與加熱器25的這種物理隔離可以有效地阻止該等離子體發(fā)生器20中的由于氣體的不完全電離導(dǎo)致的任何不希望的殘留中性粒子進(jìn)入該加熱器25中。通過(guò)將殘留的中性粒子與加熱器25隔離，冷的(未加熱的)中性粒子與熱的(被加熱的)離子之間的電荷交換反應(yīng)得以最小化，這種電荷交換反應(yīng)傾向于以熱的中性粒子的形式從等離子體中移走能量。

在優(yōu)選實(shí)施例中，所述加熱器25可以包括ICR(離子回旋共振)腔。具體地，該加熱器25可以包括形式為ICR腔的中央室25B、與RF電源22相連的天線陣列21以及圍繞該中央室25B的外壁設(shè)置的第三磁體25A。

天線陣列21的構(gòu)型對(duì)于本實(shí)用新型來(lái)說(shuō)是無(wú)關(guān)緊要的，但該天線陣列21應(yīng)當(dāng)形成并且定向成對(duì)中央室25B中的電離氣體施加靜電磁場(chǎng)，該靜電磁場(chǎng)將激勵(lì)中央室25B中的電離氣體以使之進(jìn)行離子回旋共振。

第三磁體25A也可以是通過(guò)液氮冷卻的超導(dǎo)磁體。該第三磁體25A可以對(duì)中央室25B中的等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)。由于該第三磁體25A引起的沿徑向方向(即圖1中的上下方向)發(fā)散的磁場(chǎng)，中央室25B中的等離子體在整體上沿軸向方向或縱向軸線遠(yuǎn)離等離子體發(fā)生器20行進(jìn)的同時(shí)，還將沿著該徑向發(fā)散的磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)。

這樣，在中央室25中，等離子體圍繞該中央室25的縱向軸線以螺旋樣式行進(jìn)。當(dāng)RF電源22以這些等離子體的離子回旋頻率向天線陣列21供電時(shí)，這些等離子體粒子的行進(jìn)速度將會(huì)增加。

雖然圖1中示出了單個(gè)RF電源22，但也可以設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的RF電源以便分別供應(yīng)等離子體發(fā)生器20的天線陣列以及供應(yīng)加熱器25的天線陣列，只要這些RF電源適合于分別以螺旋波頻率和離子回旋頻率供應(yīng)RF能量即可。

申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受到由第三磁體25A產(chǎn)生的徑向發(fā)散磁場(chǎng)的作用時(shí)，中央室25B中的由電子和電離氣體的原子二者構(gòu)成的、螺旋形前進(jìn)的等離子體粒子可以以非常高的軸向速度離開(kāi)該中央室25B。因此，該第三磁體25A的徑向發(fā)散的磁場(chǎng)起到了用于從中央室25B排出等離子體的“磁噴嘴”的作用。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使得等離子體中的電離氣體粒子和自由電子被以基本相同的速度從中央室25B排出。這樣，本實(shí)用新型的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)10不再像現(xiàn)有技術(shù)中已知的等離子發(fā)動(dòng)機(jī)那樣需要對(duì)所排放的等離子體進(jìn)行靜電中和。

特別優(yōu)選地，在加熱器25的沿等離子體行進(jìn)方向的下游設(shè)置有磁性喉狀部26。該磁性喉狀部26可以與該加熱器25的中央室25B連通。這樣，從中央室25B的出口側(cè)離開(kāi)的等離子體進(jìn)一步受到磁性喉狀部26的約束。

該磁性喉狀部26包括第四磁體26A。該第四磁體26A也可以是由液氮冷卻的超導(dǎo)磁體。該第四磁體26A可以圍繞磁性喉狀部26的外壁布置，并且用于向等離子體施加沿軸向方向極化的DC磁場(chǎng)。由該磁性喉狀部26提供的有效磁孔徑可以從零到任何適當(dāng)?shù)闹担允闺x開(kāi)中央室25B的等離子體的一部分通過(guò)該磁性喉狀部26被反射回中央室25B的入口側(cè)。所反射的等離子體粒子再次穿過(guò)中央室25B的RF共振區(qū)域，并且再次被天線陣列21的RF靜磁場(chǎng)激勵(lì)。

與第四磁體26A相關(guān)聯(lián)地設(shè)置有功率調(diào)節(jié)/供應(yīng)和控制電路27。該控制電路27可以包括用于第四磁體26A的DC電源，并且可以選擇性地操作以改變由第四磁體26A產(chǎn)生的DC磁場(chǎng)的大小。改變由第四磁體26A產(chǎn)生的DC磁場(chǎng)的大小所具有的效果是可以改變喉狀部26的“孔徑”，從而可以改變等離子體的反射量，并由此改變被反射的等離子體在加熱器25中的再激勵(lì)。通過(guò)在加熱器25中再激勵(lì)等離子體，可以增大等離子體的排放速度并且由此增大發(fā)動(dòng)機(jī)10的比沖量。因此，由于該喉狀部26，發(fā)動(dòng)機(jī)10的比沖量可以被選擇性地增大，由此可以改進(jìn)該發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行。然而，可以理解，發(fā)動(dòng)機(jī)10也可以在沒(méi)有喉狀部26的情況下工作。

優(yōu)選地，在加熱器25或者喉狀部26(在設(shè)置有該喉狀部的情況下)的下游設(shè)置有波紋線圈陣列29。從加熱器25或喉狀部26(如果有的話)離開(kāi)的等離子體可以沿軸向方向穿過(guò)該波紋線圈陣列29，以便進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)10的整體效率。

該波紋線圈陣列29可以與一個(gè)AC(交流)電源相連，該AC電源可以是用于選擇性地操作第四磁體26A的控制電路27的一部分。波紋線圈陣列29可以由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的線圈構(gòu)成，或者由在加熱器25或喉狀部26的下游圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)10的縱向軸線纏繞的螺線管構(gòu)成。該波紋線圈陣列29應(yīng)當(dāng)定向成在即將離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)10的等離子體上引發(fā)基本沿軸向方向極化的AC磁場(chǎng)。

由波紋線圈29引起的AC磁場(chǎng)的幅度優(yōu)選大到足以影響即將離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)10的等離子體的外邊界，但又小到足以避免穿透即將離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)10的所有等離子體排放物。該AC磁場(chǎng)具有的效果是通過(guò)在所排放的等離子體柱的外層中產(chǎn)生等離子體不穩(wěn)定性和湍流來(lái)有效地將所排放的等離子體與第三磁體25A的靜磁場(chǎng)隔離。由波紋線圈陣列29產(chǎn)生的AC磁場(chǎng)通常在波峰處比由加熱器25的第三磁體25A產(chǎn)生的DC磁場(chǎng)弱，但該AC磁場(chǎng)足以影響與所述DC磁場(chǎng)分離的等離子體。

可以通過(guò)泵24經(jīng)由合適的閥控制裝置28將從原料罐13抽取的適當(dāng)類型的液體泵送到發(fā)動(dòng)機(jī)10的排放端10A。該液體以中性(未電離)形式被泵送到發(fā)動(dòng)機(jī)10的等離子體排放物中，并用作“輔助燃料”。這種中性原料被以與等離子體柱同軸的環(huán)形環(huán)的形式排放到等離子體排放物的徑向最外部分。

這種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的排放端10A處的等離子體進(jìn)行的中性液體排放可以起到“等離子體后燃器”的作用，它可以在需要時(shí)針對(duì)特定的應(yīng)用場(chǎng)合提供非常高的發(fā)動(dòng)機(jī)推力。這種同軸的環(huán)形中性液體射流的另一功能是引起等離子體排放物的最外層中大量粒子的碰撞，由此可以通過(guò)碰撞擴(kuò)散過(guò)程使等離子體脫離上述徑向發(fā)散的磁場(chǎng)。這種“后燃器”模式優(yōu)選在發(fā)動(dòng)機(jī)10以低比沖量(高推力)模式運(yùn)行時(shí)使用，這樣，該中性液體的環(huán)將形成一個(gè)邊界層，該邊界層可以起到保護(hù)火箭噴嘴附近材料的作用。

本實(shí)用新型的一個(gè)有利方面是發(fā)動(dòng)機(jī)10的推力和比沖量輸出可以通過(guò)將RF電源22的總輸出的選定部分引向等離子體發(fā)生器20的天線陣列并且將該RF電源22的總輸出的其余部分引向加熱器25的天線陣列21來(lái)選擇性地控制。具體地，當(dāng)RF電源22的能量總量固定時(shí)，可以通過(guò)選擇被引向各個(gè)天線陣列的能量部分的量來(lái)控制所產(chǎn)生的等離子體的質(zhì)量以及該等離子體的排放速度。如通常已知的，發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖量與等離子體從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的速度有關(guān)，而發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與從發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的等離子體的質(zhì)量及其排放速度有關(guān)。本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)10可以通過(guò)增大被供給到加熱器25的RF能量的量而在非常高的比沖量下提供低推力，以用于長(zhǎng)途飛行例如星際航行。由于一個(gè)太空飛行器中可用的能量的量是基本上固定的，能夠選擇性地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖量以及推力的能力使得可以有效使用該太空飛行器所載有的固定的能量源。例如，當(dāng)飛行器在基本無(wú)摩擦的環(huán)境例如外太空中行進(jìn)時(shí)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間地產(chǎn)生低推力和高比沖量，由此使該飛行器具有非常高的行進(jìn)速度并且從而縮短飛行時(shí)間。相反，當(dāng)飛行器準(zhǔn)備脫離行星軌道時(shí)或者再次進(jìn)入行星軌道或大氣層時(shí)，可以通過(guò)將RF電源較多地引向等離子體發(fā)生器的天線陣列來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高推力。

此外，如上所述的磁性喉狀部26以及以“后燃器”模式進(jìn)行的中性液體的噴射也可以用于進(jìn)一步控制推力和比沖量。

圖3示出本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)示例的期望的磁場(chǎng)分布和粒子軌跡，其中分別示出了第一磁體17、第二磁體18、第三磁體25A和第四磁體26A的磁場(chǎng)。雖然在本說(shuō)明書中，這些磁體是作為分開(kāi)的磁體分別描述的，但可以理解，這些獨(dú)立的磁體也可以不必在物理上隔離開(kāi)。例如，所述第一、第二、第三和第四磁體也可以采取單個(gè)連續(xù)螺線管的形式。如圖3中的磁場(chǎng)線100所示出的，發(fā)動(dòng)機(jī)10的排放端10A具有從該發(fā)動(dòng)機(jī)10的縱向軸線90沿徑向發(fā)散的磁場(chǎng)。另外，如圖3所示，加熱器25中的等離子體粒子將沿軌跡101、102和103離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)。具體等離子體粒子的軌跡的徑向發(fā)散取決于該等離子體粒子在加熱器25中采取的螺旋路徑的初始半徑。與加熱器25的中央室25B的直徑相比，等離子體粒子的直徑小到足以提供最小發(fā)散，同時(shí)大到足以有效利用該中央室25B的容積。

回到圖1，本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)10還可以包括穩(wěn)定結(jié)構(gòu)19。該穩(wěn)定結(jié)構(gòu)19可以沿著該發(fā)動(dòng)機(jī)10的整個(gè)縱向長(zhǎng)度延伸，并且采取包圍發(fā)動(dòng)機(jī)10的主體(即，由等離子體發(fā)生器20、加熱器25、喉狀部26以及排放端10A構(gòu)成的部分)的框架的形式。該穩(wěn)定結(jié)構(gòu)19可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)10的各部分上的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，避免發(fā)動(dòng)機(jī)10的構(gòu)成材料例如陶瓷被應(yīng)力破壞。

本實(shí)用新型不局限于上面說(shuō)明并且示出的實(shí)施例，而是涵蓋在此說(shuō)明的各個(gè)技術(shù)特征在技術(shù)上的任意組合。