Summary
Целью настоящего Протокола является представить дизайн 100 кВт применяется поле класса magnetoplasmadynamic подруливающим устройством и соответствующие экспериментальные методы.
Abstract
Применяется поле magnetoplasmadynamic двигателей (AF-MPD подруливающие устройства), гибридные ускорителей в которых электромагнитные и динамических процессов газа ускорения плазмы высокой скорости; они имеют значительный потенциал для будущей космической с значительные преимущества высоким удельным импульсом и упорные плотности. В этой статье мы представляем серию протоколов для проектирования и изготовления 100 кВт класса AF-MPD подруливающим устройством с водяным охлаждением структур, 130 V максимальной разрядке напряжения, 800 A максимальный ток разряда и 0,25 Т максимальная прочность магнитного поля. Катод вольфрама полые тантал действует как только топлива входе подавляют радиальные разряда, и он позиционируется аксиально на задней части анода для того, чтобы облегчить голод анода. Цилиндрические расходящихся медь анода применяется снижение анодного питания осаждения, где длина был сокращен для уменьшения области смежные стены плазмы. Экспериментов используются вакуумные системы, которая может достичь рабочего вакуума 0,01 ПА для общего топлива массового потока скорость меньше, чем 40 мг/s и целевая направленность стенда. Подруливающее устройство испытания были проведены измерения влияния рабочих параметров, таких как расхода топлива, ток разряда и силе приложенного магнитного поля на производительность и предоставить соответствующий анализ. Подруливающее устройство может работать непрерывно на значительные периоды времени с небольшой эрозии на поверхности полого катода. Максимальная мощность двигателя составляет 100 кВт и производительность этой water-cooled сопоставимо с подруливающих устройств, о которых сообщалось в литературе.
Introduction
MPD подруливающие устройства хорошо известны для тяги относительно высокой плотности и высокий удельный импульс1,2,3. Однако, эффективность типичный тяги1 MPD подруливающие устройства является относительно низким, особенно с вытеснителей благородных газов4,5,6. Для большинства MPD подруливающих устройств часть потока топлива впрыскивается в зале разряда из щели между анодом и катодом7,8 , в результате, что радиальная составляющая значительную долю общего сброса. Однако для получения тяги, радиальные Кинетические эффекты должны быть преобразованы в осевой кинетический движение с физической сопла или магнитное сопло. Соответственно ключевой особенностью нового дизайна MPD толкатель является, что все топливо поставляется через катод, который может действовать, чтобы препятствовать радиальные разряда; Таким образом доля осевой энергии может быть увеличена. Существует дополнительный эффект в том, что параметр Hall в плазме вокруг анода может быть увеличен путем уменьшение плотности вокруг анода, которые могут укрепить компонент ускорение Холл9. Так как топлива находится недалеко от внутренней поверхности катода, где большое количество первоначальных электронов создаются в этом режиме инъекции, уровень топлива ионизации можно значительно возросло. Кроме того для уменьшения области смежные стены плазмы и уменьшения анодного питания осаждения10,11был свернут длины анода. Как применяется расходящихся анода, это будет уменьшить угол между анодом и силовых линий магнитного поля и снижение анодного питания осаждения еще12,13.
Несмотря на преимущества, отмечалось выше для повышения производительности полный пороховых поставка электронно впрыска может увеличить риск анод голода, которое может привести к «начала» явления14. Для подавления этого поведения, мы убирается обратно к основанию анода катода. Электроны затем можно достаточно диффундируют в радиальном направлении перед отъездом из анодного выхода, который будет действовать для облегчения анод голода. Кроме того принимается многоканальное полых катода; по сравнению с полого катода один канал, многоканальное полых катода могут увеличить площадь электрона выбросах и сделать более равномерное распределение топлива. С этой модификации как жизни, так и стабильности подруливающим устройством может быть более15,16,17.
Разработан мощность двигателя составляет 100 кВт и охлаждения структура необходима стационарное состояние операции. В настоящее время лабораторных экспериментов работает эффективная структура водяного охлаждения. Однако чтобы оценить производительность MPD подруливающим устройством дизайн, имеет решающее значение для получения тяги. С применением системы высокого давления воды для передачи тепла будет сильной вибрации во время работы такого охлаждения, которая может создать значительные помехи, если мы использовали традиционные тяги измерений. Соответственно целевая направленность стенд используется для измерения тяги.
MPD подруливающее устройство
Как показано на рисунке 1, подруливающим устройством MPD состоит из анод, катод и изолятор. Анод изготовлен из меди с цилиндрической расходящиеся насадки, минимальный внутренний диаметр которых составляет 60 мм. Есть канал охлаждения S-образный вокруг внутренней стенки анода. На входе и выходе из канала находятся на вершине анода, разделенные перегородкой. Тонкие медные блок используется для подключения анода и электрическим кабелем. Развязка находится на внешней поверхности анода.
Материала катода — тантала вольфрама, с девятью пороховых каналами. Наружный диаметр катода составляет 16 мм. Охлаждение катода достигается с держателем водяного вокруг базы катода. Существует кольцевой канал внутри держателя. Холодная вода вводится в держатель вытекает из верхней и нижней. Есть разъем полого катода на левой стороне катода. Топливо протекает через центр соединителя и в камеру полого катода; Существует большой полости внутри катод базы соединения с девяти узкая цилиндрическая каналов. Полость действует как буфер для повышения равномерности распределения топлива в девяти каналов. Катод подключен к Электрический кабель с кольцевой меди блок, который устанавливается вокруг разъема катода.
В дополнение к основной части толкатель внешней магнитной катушки необходимо также создавать поля для механизмов в АФ-MPD подруливающим устройством; магнитные поля предоставляют сходящихся и расходящихся магнитного поля для ускорения плазмы вместе с электрического поля. Обмотка состоит из 288 витков круглые медные трубы, которые действуют как проход для обоих электрического текущего и охлаждения воды. Внутренний диаметр катушки то 150 мм, наружный диаметр – 500 мм. Высокая прочность поля в центре — 0,25 Т с током 230 а.
Эксперимента системы
Эксперимента система включает в себя шесть подсистем. Принципиальная схема общий макет экспериментальной системы показан на рис. 2; на рисунке 3приведена схема подруливающим устройством внутри вакуумной камеры.
Во-первых вакуумная система, которая обеспечивает вакуум условия, необходимые для операции подруливающим устройством, состоит из одной вакуумной камеры, два механических насосов, один молекулярный насос и четыре криогенных насосов. Диаметр камеры составляет 3 м, а длина-5 м. Давление окружающей среды может быть сохранен под 0,01 Па, когда скорость потока (аргона) является не более чем 40 мг/сек.
Во-вторых этот источник система обеспечивает высокого напряжения пульс разжечь толкатель, обеспечивает подачу питания на толкатель для ускорения плазмы и обеспечивает питание для магнитного поля катушки для поддержания внешнего магнитного поля. Системы источник питания состоит из зажигания источник питания, источник питания подруливающее устройство, источник питания катушки и кабели. Источник питания зажигания может обеспечить 8 кв или напряжение разряда 15 кв. Источник питания подруливающее устройство обеспечивает постоянного тока до 1000 а. Источник питания катушка обеспечивает постоянного тока до 240 а.
В-третьих система подачи топлива каналы газового топлива для двигателей. Система включает в себя главным образом источник газа, контроллер массового потока скорость и газоснабжения трубопроводов.
Четвертый подпункт система является водяного охлаждения системы, которая обеспечивает прохладной воды высокого давления для обмена тепла подруливающим устройством, магнитные катушки и источников энергии. Как показано на рисунке 4, система состоит из группы насосов, бак для воды, Холодильник, контроллеры трубопроводов и насосов водоснабжения. -Проведение трубы внутри вакуумной камеры обеспечивают охлаждения воды терминал для подруливающего устройства и магнитной катушки и обеспечивает что электрической изоляции среди анод, катод и землю.
Приобретение и система управления можно записать сигналы измерения условий эксплуатации подруливающего устройства и управления эксплуатации других систем. Он состоит из трех компьютеров и соответствующего программного обеспечения, сбор данных карты и кабели.
Как показано на рисунке 5, стенд целевую направленность состоит из пластины целевой, тонкий луч, датчик перемещения, опорная рама, осевой подвижной платформы и радиальные подвижной платформы. Целевой объект может перехватывать плазмы, которая толкает цели. Перемещение объекта может быть измерен датчик помещают позади цели, таким образом позволяя оценки тяги18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка для эксперимента
- Установите толкатель.
- Удаление компонентов подруливающим устройством withnon пыль тканью, смоченной безводного спирта, в чистой комнате.
- Соберите анода с изолятором.
- Объединить катода, катод держателя и катод соединитель.
- Добавьте часть катод анод часть.
- Установить средний разъем в сборке и исправить их с помощью винтов (шестигранный винт, M5 × 16).
- Установите сиденье катушки на платформе эксперимент с погрузчика.
- Место платформы эксперимент на направляющей вакуумной камеры.
- Установите толкатель на катушки.
- Ссылка анод и катод с соответствующих электрических кабелей.
- Ссылка магнитной катушки с источником питания катушки.
- Присоединяйтесь к водяного охлаждения трубы и трубы подачи топлива с подруливающим устройством.
- Присоединяйтесь к вверх водяного охлаждения трубы с катушкой.
- Установите подвижные платформы внутри камеры и исправить основную направленность стоять на нем.
- Отрегулируйте положение радиально подвижные платформы сделать линии управления толкатель и цели совпадают друг с другом.
- Калибровка стенд тяги.
- Загрузить различные веса (10 g, 50 г, 100 г, 200 г), один на один, на устройство калибровки и запись соответствующего вывода тяги стенда.
- Выгрузите весов один за другим.
- Повторите процесс по крайней мере в три раза.
- Вычислите коэффициент упругие тяги стенда по данным калибровки.
- Эвакуировать вакуумной камеры.
- Закройте дверь камеры.
- Начало механических насосов.
- Начало молекулярной насосы когда фон давление в камере меньше чем 5 Па.
- Начало криогенных насосов, когда фон давление в камере меньше чем 0,05 ПА.
- Ждать для давления до 1 x 10-4 ПА.
2. зажигание и эксперимент измерения тяги
- Разогрейте толкатель, если он подвергается в воздух.
- Начните запись сигнала.
- Массового расхода топлива на 40 мг/s и держать поставки по крайней мере 20 минут
- Включите подачу воды охлаждения.
- Установка рабочей частоты охлаждения насосов на 10 Гц.
- Перевести в положение далеко от толкатель стенд тяги.
- Включите источник питания катушки с катушки тока 90 а.
- Включите источник питания подруливающим устройством с ток разряда 240 а.
- Включите источник питания зажигания.
- Держите подруливающим устройством, работающих по крайней мере 5 минут.
- Выключите источник питания двигателя и топлива питания.
- Остановите запись.
- Измерения тяги
- Перевести в положение 550 мм на стенде тяги от толкатель.
- Начните запись сигнала.
- Начало поставок топлива.
- Воспламенение подруливающим устройством с 90 A катушки текущих и 240 A ток разряда.
- Увеличение катушки ток 150 а.
- Повышение разряда ток 800 а.
- Увеличение тока 230 A. катушки
- Выключите толкатель, когда вывод тяги стенд становится стабильным.
- Остановите подачу топлива.
- Остановите запись.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В эксперименте мы контролируем ток разряда (Id), топлива массы потока rate(m) и применяется магнитное поле (Ba). В операции мы измерить значение напряжения разряда (ВД) и упорные (T), из которых базу, мы можем получить другие производительности параметры как мощность (P), удельный импульс (Isp) и тяги эффективности (η)1.
Типичный сигнал напряжения разряда показано на рисунке 6. После инициирования источника питания будет напряжение холостого хода между анодом и катодом, значение которой является около 230 V. Это напряжение холостого хода не является достаточно высоким, чтобы сломать нейтральных газов-вытеснителей в зале разряда; нам нужно применить разрядки напряжения высокой частоты разжечь толкатель. После зажигания напряжение будет уменьшаться быстро; Затем напряжение тенденции с постоянным значением после периода колебаний.
Результат измерения типичный тяги показано на рисунке 7. Мы начинаем запись сигнала направленность стенда до начала поставок топлива, которая рассматривается как точка ноль тяги. Там будет слабой тяги после начала поставок топлива. После зажигания подруливающим устройством будет большой сигнал с колебаниями, после чего тяги тенденции в постоянное значение. Затем сворачиваем толкатель. Там будет ноль дрейф из-за тепловой деформации цели; ошибка, вызванная этот эффект будет не более чем на 1%.
Рисунок 8 показывает влияние тока разряда, приложенного поля и метательных массового расхода на тяги для дуговой мощность до 25 кВт. Мы выбираем: Id = 200 A, Ba = 100 тонн, ṁ = 40 мг/s, как условие основные операции; серия экспериментов проводятся для сравнения с базовых данных. Только одна операция параметр будет изменен в каждом эксперименте контраст: ток разряда может варьироваться от 160 A до 360 A; приложенного поля сила может варьироваться от 34 mT до 258 тонн; массового расхода топлива может варьироваться от 20 мг/с до 80 мг/с. Для удобства сравнения мы нормализовать эти три операции параметры, как показано в нижней оси на рисунке 8. Когда параметры нормализованные операции 1.0, это означает, что операция условия такие же, как основной. Наряду с нижней оси есть три больше x-axes на верхней части, которые соответствуют исходные значения трех параметров, соответственно.
На рисунке 9 показана характеристики разряда во время получасовой непрерывной работы. Можно увидеть, что толкатель тенденции устойчивого состояния быстро после зажигания, и напряжение является стабильным в течение этого периода.
Рисунок 10 представляет фотографии тантал вольфрама катода до и после испытания. Общая среда выполнения тестов был 10 h, включая один полчаса непрерывной работы и короткое время тестирования для более чем 90 начинается. Можно увидеть, что эрозия является легким и распределенных равномерно на внешней поверхности катода. Согласно этому результату толкатель имеет потенциал для работы в течение длительного времени.
После испытаний непрерывной работы мы исследовали производительность двигателя в диапазоне мощности от 50-100 кВт. Тяга была измерена с стенд целевую направленность и измерения, которые результаты показаны на рисунке 11. Лучшее исполнение получается в 99,5 кВт, где тяги 3052 mN, удельный импульс-4359 s и тяги эффективность составляет 67%. Кроме того было рассчитано значение теоретической направленности, как уравнение 1 (12 Mikellides), для сравнения со значениями измерений тяги; Наибольшая разница между ними был 11,6%.
(1)
( -катод радиус соотношение длины электрода; R — радиус соотношение электрода; A это атомный вес в единица атомной массы и 
это ионизации фактор12.)
Эффект оптимизации подруливающее устройство
Результирующие значения тяги в ответ на изменения параметров системы показан на рисунке 8, где можно увидеть, что влияние массового расхода топлива на направленность похож на что из приложенного поля. Как газа динамическое ускорение19 чувствителен к ṁ, можно сделать вывод, что динамическое ускорение компонент газа усиливается в нашем подруливающим устройством. Кроме того сброса текущих и прикладной области влияет на электромагнитного ускорения в нескольких различных механизмов и их влияние должно быть очевидным1. В наших экспериментах тяга значительно более чувствительны к увеличению ток по сравнению с приложенного поля, как показано на рисунке 8. Одним из аспектов такого поведения может быть связано укрепление газ динамические эффекты от повышения осевой ток вследствие конкретных поставок топлива режим разряда через катод. Кроме того как показано на рисунке 11, подруливающим устройством MPD достигает наивысшей эффективности тяги 67%, что сопоставимо с превосходной эффективности подруливающих устройств MPD с топлива щелочных металлов20. Таким образом последствия изменения конструкции рассматриваются значительно улучшить производительность MPD подруливающим устройством.
Кроме того несмотря на тот факт, что существует не анод региона топлива питания, наши подруливающим устройством имел стабильную работу в разряд тока 800 A и топлива питания скорость 70 мг/с. Для сравнения подруливающим устройством MPD SX321 с частичной поставки топлива от анода, достигли начала режима на ток разряда 500 A и частота топлива питания 60 мг/s. основанный на стабильность MPD подруливающим устройством с критическое значение2/ṁ 22, настоящий подруливающим устройством превосходит слегка SX3.
Ошибки измерения тяги целевой
С измерением целевую направленность это необходимо, чтобы избежать завышения тяги на высокая производительность операции. Здесь мы предполагаем, что столкновение между объектом и тяжелые частицы в плазме вполне эластичными. Таким образом в половине измерения тяги воспринимается как истинный смысл. Кроме того в потоке топлива к цели, мы предполагаем, что плазма полностью ограничивается магнитного поля. Мы выбрали линии магнитного поля, которые проходят через внешний диапазон анода как граница магнитной насадкой. Предполагая, что частицы плазмы распределены равномерно в насадку, как показано на рисунке 12, мы можем получить спектр плазмы на плоскости целевого объекта, которая является 704 мм в диаметре. Затем связь между измеряемой тяги и истинной тягой может быть выражено как:
(2)
где F — это измеренное тяги целевого объекта и Т истинной тягой.
Кроме того из-за поведения барьера целевого объекта, топливных частиц может вытекать обратно в разгрузки камеры. Предполагая, что все частицы освобождаются от центра мишени, как показано на рисунке 13, и что дистрибутивов обратного потока частиц подчиняться косинус закон23, то доля частиц, повторный может быть оценен с 3 экв. Если обратного потока частиц распределить равномерно во всех направлениях пространства, доля будет выражаться уравнение 4. Вариации пропорции с подруливающим устройством целевой расстояние z, под двумя распределения предположений, перечислены на рисунке 14. В измерении тяги подруливающим устройством целевой расстояние было 550 мм; Таким образом доля частиц, многоразовый транспортный космический корабль был рассчитан быть не более 0,3%.
Фон давления также может повлиять на производительность измерения тяги. Когда толкатель достигает максимальной производительности, фон давление в системе может поддерживаться на 0,2 Па с массового расхода 70 мг/с. Однако измеренной тяги может быть выше, чем фактическое значение вследствие влияния этой высокой фоновой давление20,24,25,. Чтобы устранить это возможное влияние следует увеличить скорость насоса вакуумной системы, и это планируется обновление.
Цель состоит из Электрическая проводящего материала, и она изолирована от земли во время измерения тяги. Однако есть отток текущих в шлейф, который может взаимодействовать с целевой и влиять на поведение для MPD подруливающим устройством измерения15. Это может быть фактором, влияющим на масштабы тяги эффективности и заслуживает дальнейшего рассмотрения.
(3)
(4)
Рисунок 1 . Схематическая диаграмма AF-MPD подруливающее устройство
Основной корпус MPD подруливающее устройство включает в себя анода (медь), катод (тантал вольфрама), изолятор (нитрид бора), катод держателя (медь) и катод разъем (медь). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 . Принципиальная схема эксперимента системы
Синие линии в системе водяного охлаждения: холодной водой под высоким давлением; красные линии в системе водяного охлаждения: подогрев воды. Зеленые линии в системе приобретения и управления: сигналы параметров операции; коричневый цвет линии в приобретение и система управления: сигналы управления инструкций. Голубой линии в исходной системе питания: провода подключения к аноду подруливающим устройством и магнитной катушки; Красная линия в исходной системе питания: провода подключения к катоду подруливающим устройством и магнитной катушки. Синий трапеции в середине: луч толкатель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 . Макет эксперимент внутри вакуумной камеры
Толкатель располагается внутри магнитного поля катушки. Катушка — за целевую направленность стоят; Таким образом подруливающим устройством мнение нарушается целевой от угол зрения на рисунке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 . Системы водяного охлаждения
() насосы группу, резервуар для воды и холодильник (размещен за пределами лаборатории). (b) высокого давления металла труб поставки охлаждения воды (вне вакуумной камеры). (c) суставов и изоляционные трубы охлаждения водой для электродов и магнитной катушки (внутри вакуумной камеры). (d) насосы контроллеры установить скорость потока водяных насосов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 . Целевой метод тяги стенд
Центральная линия толкатель и цели совпадают друг с другом. Осевое положение целевого объекта может быть скорректирована с подвижной платформой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6 . Типичный разряд напряжением для подруливающего устройства
Пробоя ток 240 A, приложенного поля 258 mT, метательных массового расхода 40 мг/s. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7 . Типичный тяги измерения сигнала
Пробоя ток 240 A, приложенного поля 258 mT, метательных массового расхода 40 мг/s. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8 . Влияние разряда тока, прикладной области и массового расхода топлива на тяги, с дугой мощность до 25 кВт. Абсциссе внизу представляет параметры нормализованные операции, включая:
ID (ток разряда), Ba (прикладной магнитного поля) и ṁ (метательных массового расхода) с Id = 200 A, Ba = 100 тонн, ṁ = 40 мг/s, выбран в качестве условия основные операции, соответствующий значению 1 на абсциссе нижней. Абсциссы на верхней части соответствуют исходные значения трех параметров. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9 . Непрерывной работы текущего и напряжения дуги мощности 36 кВт
Три сплошные линии являются выходные сигналы для разрядки напряжения, мощности текущие и расчетные дуги разряда, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 10 . Первоначальный катода внешний вид и катода после операции для всего 10 часов.
В левой части цифра показывает изображение тантал вольфрама полого катода перед прохождением разряда; в правой части показывает катода после 10 часов под разряда. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 11 . Производительность двигателя в диапазоне мощности от 50-100 кВт
Очки с звезды символы являются значениями тяги, вычисляемая формула тяги12. Другие символы являются значениями тяги, измеренная с подставкой целевую направленность. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 12 . Схематические размера целевого показателя по сравнению с геометрии магнитного поля
Пунктирные линии обозначают магнитного поля через внешний диапазон анода. Магнитное поле внутри пунктирной линии может сформировать стройную магнитное сопло в пространстве. Диаметр сопла-704 мм на целевой самолет, который составляет 550 мм от толкатель в эксперименте. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 13 . Схема задней потока частиц динамики
Излучаемые стрелки от цели представляют отскок частиц от центра мишени. Здесь мы предполагаем, что все частицы отскок от центральной точки целевого объекта. Это предположение будет переоценить расчет доли повторный частиц. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 14 . Процент от обратного потока топлива в разряд камеру
Строка с символами квадратов представляет долю повторный частиц, основывается на предположении, что обратного потока частиц подчиняться косинус распределения. Строка с символами алмаз представляет, что от равномерного распределения. Абсциссе это расстояние между целью и анодного выхода. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот протокол описывает процессы зажигания, операции и измерения тяги 100 кВт класс применяется поле MPD подруливающим устройством. Ключевым моментом в разработке МПД подруливающим устройством для оптимальной производительности является выбор правильной конфигурации согласно конкретной цели. Подруливающие устройства MPD с сходящихся и расходящихся анода может функционировать установившегося в большой диапазон. Однако производительность может быть меньше, чем струйный руль с расходящихся анода. Полого катода, особенно многоканальное полых катод, превосходит традиционные стержня катода в большинстве аспектов. Применение полого катода является полезным для повышения производительности подруливающим устройством, и он предоставляет выбор режимов подачи топлива. Себестоимость полого катода является относительно высоким по сравнению с твердым катодом.
Цепь жидкости охлаждения структура необходима для работы толкатель, если он предназначен для работы для более чем за 10 минут. Кроме того излучение охлаждение является другой выбор26, в котором можно избежать сложных ОЖ трубопроводов. Однако это может привести к большой радиальный размер толкатель. Кроме того тепловой трубы может быть другой выбор, когда заняты в реальных космических полетов.
Внешнего магнитного поля незаменима для AF-MPD подруливающим устройством. Поле может обеспечиваться традиционной катушки, как описано в протоколе, или постоянного магнита. Кроме того сверхпроводимости является потенциальным кандидатом, который может обеспечить гораздо сильнее магнитное поле, чем традиционные катушки и масса которых меньше также традиционной катушки.
Чтобы провести эксперимент измерения тяги, фон давление должно быть ниже 0,013-0,13 ПА1. В противном случае может влиять операция толкатель. Кроме того по данным исследований27, есть токов утечки в шлейфы MPD подруливающие устройства и дальней ток может достигать позиции 90 см от толкатель в осевом направлении. Таким образом увеличение размера камеры является полезным для уменьшения влияния Фонда на толкатель.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана программа фундаментальных исследований (No. JCKY2017601C). Мы высоко ценим помощь Томас м. Йорк, почетным профессором в университете штата Огайо.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cryogenic Pumps | Brooks Automation | Pumping speed: 10000L/s | |
| Displacement Sensor | Panasonic | HG-C1030 | Repetition precision: 10μm Linearity: ±0.1% F.S. |
| Mass Flow Rate Controller | Brooks Automation | Range: 0-120mg/s | |
| Molecular Pump | Oerlikon | Pumping speed: 2100L/s | |
| Moveable Plantform | Beijing Weina Guangke Automation equipment Co., Ltd. | Range:0-2000mm | |
| Plsatic Water Pipes | Xingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd. | Ultimate pressure: 4.5MPa | |
| Propellant Argon | Beijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd. | Purity:99.999% | |
| Refrigerator | Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd. | Refrigeration power:45kW | |
| Water Pumps | Liaocheng vanguard Motor Co., Ltd.; Shanghai people pump industry group Manufacturing Co., Ltd.; Nanfang Pump Limited company |
Maximum Output pressure: Centrifugal pump:1MPa Plunger pump:10MPa |
References
- Kodys, A., Choueiri, E. A Critical Review of the State-of-the-Art in the Performance of Applied-field Magnetoplasmadynamic Thrusters. AIAA/ASME/SAE /ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, , AIAA paper 2005-4247 (2005).
- Arakawa, Y., et al. Electromagnetic Effects in an Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster. Journal of Propulsion & Power. 8 (1), 98-102 (1992).
- Myers, R., Lapointe, M., Mantenieks, M. MPD thruster Technology. Conference on Advanced SEI Technologies, , AIAA paper 91-3568 (1991).
- Myers, R. Applied-field MPD thruster performance with hydrogen and argon propellants. Journal of Propulsion & Power. 9 (5), 781-784 (1993).
- Albertoni, R., Rossetti, P., Paganucci, F., Andrenucci, M. Experimental Study of a 100-kW class Applied-Field MPD Thruster. 32nd International Electric Propulsion Conference, , IEPC-2011-110 (2011).
- Lapointe, M., Strzempkowski, E., Pencil, E. High Power MPD Thruster Performance Measurements. AIAA paper 2004-3467, , (2004).
- Tahara, H., Kagaya, Y., Yoshikawa, T. Performance and Acceleration Process of Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arcjets with Applied Magnetic Fields. Journal of Propulsion and Power. 13 (5), 651-658 (1997).
- Tahara, H., Kagaya, K., Yoshikawai, T. Effects of Applied Magnetic Fields on Performance of a Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arc. Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 337-342 (1995).
- Li, Z., et al. Increasing the Effective Voltage in Applied-Field MPD Thrusters. Journal of Physics D Applied Physics. 51, 085201 (2018).
- Myers, R., Mantenieks, M., Sovey, J. Geometric Effects in Applied-field MPD Thrusters. 21st International Electric Propulsion Conference, , AIAA paper 1990-2669 (1990).
- Myers, R. Geometric Scaling of Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters. Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 343-350 (1995).
- Mikelides, P. Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters, Part 2: Analytic Expressions for Thrust and Voltage. Journal of Propulsion and Power. 16 (5), 894-901 (2000).
- Nakata, D., et al. Experimental Study for the Optimal Electrode Geometry in an MPD Thruster. 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Aerospace Sciences Meetings. Nevada), , AIAA 2007-2589 (2007).
- Kurtz, H., Auweter-Kurtz, M., Merke, W., Schrade, H. Experimental MPD thruster investigations. 19th International Electric Propulsion Conference. AIAA paper 87-1019, , AIAA paper 87-1019 (1987).
- Blackstock, A. W., et al. Experiments Using a 25-kW Hollow Cathode Lithium Vapor MPD Arcjet. AIAA Journal. 8 (5), 886-894 (1970).
- Krulle, G. Characteristics and local analysis of MPD thruster operation. AIAA Electric Propulsion and Plasmadynamics Conference. AIAA paper, , AIAA paper 1967-672 (1967).
- Malliaris, A. C., Libby, D. R. Velocities of Neutral and Ionic Species in a MPD Flow. In AIAA 7th Aerospace Sciences Meeting, , AIAA paper 1969-1109 (1969).
- Wang, B., et al. Target thrust measurement for applied-field magnetoplasmadynamic thruster. Measurement Science & Technology. 29, 075302 (2018).
- Tikhonov, V. B., Semenikhin, S. A., Brophy, J. R., Polk, J. E. The Experimental Performance of the 100-kW Li MPDT with External Magnetic. , IEPC-95-105 (1995).
- Burkhart, J. A., et al. Low environmental pressure MPD arc tests. , AIAA paper 67-685 (1967).
- Boxberger, A., Jüstel, P., Herdrich, G. Performance of 100 kW Steady State Applied-Field MPD Thruster. Int. Symp. on Space Technology and Science, Matsuyama, Japan, , (2017).
- Malliaris, A. C., et al. Performance of Quasi-Steady MPD Thrusters at High Powers. AIAA Journal. 10 (2), 121-122 (1972).
- Knudsen, B. M. The Kinetic Theory of Gases (London:Methuen). , 26-27 (1950).
- Auweter-Kurtz, M., Krulle, G., Kurtz, H. The Investigation of Applied-Field MPD Thrusters on the International Space Station. 25th Electric Propulsion Conference, , IEPC-97-116 (1997).
- Connolly, D., Sovie, R. Effect of background pressure on magnetoplasmadynamic thruster operation. Journal of Spacecraft and Rockets. 7 (3), 255-258 (1970).
- Esker, D., Kroutil, J., Sedrick, A. Cathode Studies of a Radiation Cooled MPD Arc Thruster. , AIAA paper 1970-1083 (1970).
- Myers, R. Plume characteristics of MPD thrusters - A preliminary examination. 25th Joint Propulsion Conference, , AIAA paper 89-2832 (1989).
