Summary
Målet med denne protokol er at indføre design af en 100 kW klasse anvendes feltet magnetoplasmadynamic bovpropel og relevante eksperimentelle metoder.
Abstract
Anvendt felt magnetoplasmadynamic raketmotorer (AF-MPD styreraketter) er hybrid acceleratorer hvor elektromagnetiske og gas dynamiske processer fremskynde plasma til høj hastighed; de har stort potentiale for fremtidige rumapplikationer med de betydelige fordele af høj specifik impuls og stak tæthed. I dette papir præsenterer vi en række protokoller for design og produktion af en 100 kW klasse af AF-MPD thruster med vand-køling strukturer, en 130 V maksimal decharge spænding, en 800 A maksimal decharge nuværende og en 0,25 T maksimale styrken af magnetfeltet. En hule tantal wolfram katode fungerer som kun drivmiddel indløbet til at hæmme den radiale decharge, og det er placeret aksialt på bagsiden af anode for at lindre anode sult. En cylindrisk divergerende kobber anoden er ansat til at formindske anode magt deposition, hvor længden er blevet reduceret til at mindske væg-plasma forbinder området. Eksperimenter udnyttet et vakuum system, der kan opnå en arbejdsgruppe vakuum 0,01 Pa for en total drivmiddel massestrøm Vurder lavere end 40 mg/s og et mål stak stå. Bovpropel tests blev udført at måle virkningerne af de arbejdende parametre som drivmiddel strømningshastigheder, den aktuelle decharge og styrken af magnetfelt på ydeevne og give relevant analyse. Thruster kunne betjenes kontinuerligt for væsentlige perioder med lille erosion på hul katode overflade. Den maksimale effekt af thruster er 100 kW, og udførelsen af denne vandkølede konfiguration er sammenlignes med styreraketter rapporteret i litteraturen.
Introduction
MPD styreraketter er kendt for en relativt høj stak tæthed og en høj specifik impuls1,2,3. Dog er typisk stak effektivitet1 af MPD styreraketter relativt lav, især med drivmidler ædelgasser4,5,6. For de fleste MPD raketmotorer, er en del af den drivmiddel flow injiceres decharge salen fra en sprække mellem anode og katode7,8 , med det resultat, at en radial komponent er en betydelig andel af den samlede udledning. Men generere stak, radial kinetic effekter skal konverteres til aksial kinetic bevægelse med en fysisk dyse eller en magnetisk dyse. Et centralt element i den nye design MPD thruster er derfor, at alle drivmiddel leveres gennem katode, som kan handle til at hæmme radial decharge; på denne måde øges andelen af aksial energi. Der er en ekstra effekt, idet parameteren Hall i plasma omkring anode kan øges af nedgang den nummer tæthed omkring anode, som kan styrke Hall acceleration komponent9. Da drivmiddel er tæt på den indvendige overflade af katoden hvor store mængder af indledende elektroner der udsendes i denne tilstand af injektion, kan drivmiddel ionisering øges kraftigt. Derudover har været minimeret anode længde for at formindske væg-plasma forbinder området og reducere anode magt deposition10,11. Som en divergerende anoden er anvendt, vil det mindske vinklen mellem anode og magnetiske feltlinier og mindske anode magt deposition yderligere12,13.
På trods af de fordele, der er nævnt ovenfor til at forbedre ydeevnen, kan komplet drivmiddel levering af katode injektion øge risikoen for anode sult, hvilket kan resultere i "debut" fænomener14. For at hæmme dette problem, har vi trukket katode tilbage til bunden af anoden. Elektronerne kan derefter diffuse tilstrækkeligt i radial retning før du forlader afkørslen anode, som vil handle for at lindre anode sult. Yderligere, en multikanals hult katode er vedtaget; i forhold til single channel-hul katode, kan en multikanals hult katode øge elektron emission område og gøre fordelingen af drivmiddel mere ensartet. Med denne ændring, kan levetid og stabilitet af thruster være øget15,16,17.
Thruster designet magt er 100 kW og en kølende struktur er nødvendigt med stabil drift. I de nuværende laboratorieforsøg, er en effektiv vandkølet struktur ansat. For at evaluere effektiviteten af MPD thruster design, er det imidlertid afgørende at få essensen. Med anvendelse af en højtryks vandsystem at overføre varme, vil der være stærke vibrationer under driften af sådanne køling, som kan skabe betydelig indblanding, hvis vi brugte traditionelle stak målinger. Derfor er målet stak stilling ansat til at måle stak.
MPD Thruster
Som vist i figur 1, består MPD thruster af anode og katode isolator. Anoden er lavet af kobber med en cylindrisk divergerende dyse, den mindste indvendige diameter som er 60 mm. Der er en S-formet afkøling kanal omkring den indre væg af anoden. Ind- og udløb af kanalen er på toppen af anode, som er adskilt af en baffel. En slank kobber blok er ansat til at forbinde anode og elektrisk kabel. Krydset er på den ydre overflade af anoden.
Katode materiale er tantal wolfram, med ni drivmiddel kanaler. Den ydre diameter på katoden er 16 mm. Køling af katoden er opnået med en vandkølet holder omkring katode base. Der er en ring-formet kanal inde indehaveren. Det kolde vand sprøjtes ind i holderen fra bunden og strømme ud fra toppen. Der er et hul katode stik på venstre side af katoden. Drivmiddel løber gennem centrum af stikket og ind i hul katode salen; der er en stor hulrum inde katode base forbinder med ni smalle cylindrisk kanaler. Hulrummet fungerer som en buffer til at øge ensartethed af drivmiddel fordelingen i ni kanaler. Katoden er forbundet til den elektriske kabel med en ringformet kobber blok, der er installeret rundt om katode-stik.
Ud over hoveddelen af bovpropel er et ydre magnetisk coil også nødvendigt at generere felterne for mekanismerne i AF-MPD thruster; magnetiske felter giver en konvergerende-divergerende magnetfelt for at fremskynde plasmaet, der sammen med elektrisk felt. Feltet coil består af 288 drejninger af cirkulære kobber rør, der fungerer som passage for både elektrisk aktuelle og kølende vand. Den indvendige diameter af spolen er 150 mm, mens den ydre diameter er 500 mm. Den højeste feltstyrke i midten er 0,25 T med strøm på 230 A.
Eksperiment System
Eksperiment system indeholder seks undersystemer. Den skematisk diagram over den overordnede udformning af ordningen for eksperimentel er vist i figur 2. layout af thruster inde den vakuumkammer er vist i figur 3.
Først, den vakuum system, som giver den nødvendige vakuum miljø for handlingen bovpropel, består af en vakuumkammer, to mekaniske pumper, en molekylær pumpe og fire kryogene pumper. Parlamentet diameter er 3 m, og længden er 5 m. Miljø pres kan opretholdes under 0,01 Pa når strømningshastigheden af (argon) drivmiddel er ikke mere end 40 mg/s.
Andet, denne kildesystem giver en høj spænding puls til at antænde bovpropel, leverer strøm til bovpropel til at fremskynde plasmaet, og leverer strøm til magnetfelt spolen til at opretholde den ydre magnetfelt. Power source systemet består af en tænding strømkilde, en thruster strømkilde, en spole strømkilde og kabler. Power tændkilde kan give 8 kV eller 15 kV decharge spænding. Bovpropel strømkilde giver en jævnstrøm op til 1000 A. Coil strømkilde giver en jævnstrøm op til 240 A.
For det tredje feeds drivmiddel forsyningssystemet gas drivmiddel for raketmotorer. Systemet omfatter primært gas kilden, massestrøm sats controller og gas supply rørledninger.
Den fjerde sub-system er vandkølet system, som giver cool højtryks vand for at udveksle varme bovpropel, magnetiske spolen og strømkilder. Som vist i figur 4, består systemet af pumper gruppe, vandtank, køleskab, vandforsyning rørledninger og pumper controllere. Ikke-ledende rørene inde den vakuumkammer giver en kølende vand terminal til bovpropel og magnetiske spolen, og sikrer, at elektrisk isolering blandt anode, katoden og jorden.
Erhvervelse og kontrolsystem kan optage signalerne måling thruster driftsbetingelser og kontrol driften af andre systemer. Det er sammensat af tre computere og tilsvarende software, data erhvervelse kort og kabler.
Som vist i figur 5, består target stak stå af plade mål, slank stråle, deplacement sensoren, støtte ramme, aksialt bevægelige platform og radial bevægelige platform. Målet kan opfange den plasma, der skubber målet. Forskydning af målet kan måles ved en sensor placeret bag målet, på denne måde gør det muligt for evaluering af stak18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Forberedelse til eksperiment
- Installere thruster.
- Tør komponenterne af thruster withnon-støv klud vædet med vandfri alkohol i et rent værelse.
- Samle anode med isolatoren.
- Samle katode, katode indehaveren og katode stik.
- Tilføje katode del til anoden del.
- Installere den midterste stik ind i assemblage og fastgør dem med skruer (sekskant socket hoved skrue, M5 × 16).
- Etablere coil sæde på eksperiment platform med gaffeltruck.
- Sted eksperiment platform på styreskinnen i en vakuumkammer.
- Installere thruster på spolen.
- Link anode og katode med tilsvarende elektriske kabler.
- Link den magnetiske spolen med coil strømkilde.
- Deltag op vandkølet rør og drivmiddel forsyning rør med en thruster.
- Deltag op vandkølet rørene med spolen.
- Installere den bevægelige platform inde i kammeret og fix lygtehuset virkeretning stå på den.
- Juster positionen for den radiale bevægelige platform til at gøre kontrollen linjer af thruster, og målet er sammenfaldende med hinanden.
- Kalibrere stak stå.
- Indlæse forskellige vægte (10 g, 50 g, 100 g, 200 g), én efter én på kalibreringsenhed og optage de tilsvarende udgang af stak står.
- Losse vægte én efter én.
- Gentag processen for tre gange mindst.
- Beregne den elastiske koefficient af stak står ifølge kalibreringsdata.
- Evakuere de vakuumkammer.
- Lukke døren til kammeret.
- Start de mekaniske pumper.
- Start de molekylære pumper, når baggrunden trykket i kammeret er lavere end 5 Pa.
- Start de kryogene pumper, når baggrunden presset i lokalet er mindre end 0,05 Pa.
- Vente på, at presset for at nå frem til 1 x 10-4 Pa.
2. tændingen og stak måling eksperiment
- Forvarm en bovpropel, hvis det har været udsat for luft.
- Begynde at optage signalet.
- Sæt drivmiddel massestrømshastighed på 40 mg/s og holde leverer i mindst 20 minutter
- Tænd den afkøling vandforsyning.
- Indstil arbejder frekvens af køling vandpumper på 10 Hz.
- Flytte stak standeren til positionen langt fra thruster.
- Tænd spole strømkilde med coil nuværende 90 A.
- Tænd thruster strømkilde med decharge nuværende 240 A.
- Tænd for strømkilden tænding.
- Holde thruster arbejder i mindst 5 minutter.
- Sluk thruster strømkilde og drivmiddel levering.
- Stop optagelsen.
- Stak måling
- Flytte stak standeren til positionen 550 mm fra thruster.
- Begynde at optage signalet.
- Start drivmiddel levering.
- Antænde thruster med 90 A coil aktuelle og 240 A decharge aktuelle.
- Øge den nuværende til 150 A. spole
- Øge den nuværende til 800 A. decharge
- Øge den nuværende til 230 A. spole
- Sluk bovpropel, når output af stak stå bliver stabil.
- Stop drivmiddel levering.
- Stop optagelsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I eksperimentet, vi kontrol decharge nuværende (Id), brugerdrivmiddelmasse flow rate(m) og anvendt magnetfelt (Ba). I drift, vi måle værdien af decharge spænding (Vd) og stak (T), fra hvilken base vi kan få andre performance parametre som magt (P), specifik impuls (Isp) og stak effektivitet (η)1.
En typisk signal om decharge spænding er vist i figur 6. Ved indledningen af strømkilden, vil der være et åbent kredsløb spænding mellem anode og katode, hvis værdi er omkring 230 V. Denne åbne kredsløb spænding er ikke høj nok til at nedbryde den neutrale drivmiddel i decharge kammer; Vi har brug at anvende en høj frekvens decharge spændingen til at antænde thruster. Efter tænding, vil spændingen falde hurtigt; derefter spænding tendenserne til en konstant værdi efter en periode med svingning.
En typisk stak måleresultatet er vist i figur 7. Vi starter optagelse af signalet fra stak stå inden levering af drivmiddel, der behandles som nul-stak punkt. Der vil være en svag stak efter begynder levering af drivmiddel. Efter thruster tænding, vil der være en stor signal med svingninger, hvorefter stak tendenser til stabil værdi. Så vi slukke thruster. Der vil være en nul-drift på grund af den termiske deformation af målet; fejl forårsaget af denne effekt vil være mere end 1%.
Figur 8 viser indflydelse af decharge nuværende, anvendt felt og drivmiddel massestrømshastighed på fremstød for arc magt op til 25 kW. Vi vælger: Id = 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = 40 mg/s, som en grundlæggende drift tilstand; en serie af eksperimenter er udført for at sammenligne med de grundlæggende data. Kun én operation parameter vil blive ændret i hvert kontrast forsøg: decharge nuværende kan varieres fra 160 A til 360 A; anvendt feltstyrken kan varieres fra 34 mT til 258 mT; massestrømmen af drivmiddel kan varieres fra 20 mg/s til 80 mg/s. For bekvemmeligheden i sammenligning normalisere vi disse tre driftsparametre, som vist i nederste x-aksen i figur 8. Når normaliseret driftsparametre er 1,0, betyder det, driftsvilkår er den samme som den grundlæggende. Sammen med den nederste x-aksen er der tre flere x-axes på toppen, som svarer til de oprindelige værdier for de tre parametre, henholdsvis.
Figur 9 viser de decharge egenskaber under en halv time af kontinuerlig drift. Det kan ses, at thruster tendenser til et steady state hurtigt efter tænding, og spændingen er stabilt i denne periode.
Figur 10 præsenterer fotografier af tantal wolfram katode før og efter testene. Den samlede længde af testene blev 10 h, herunder en halv times kontinuerlig drift og kort tid testning for mere end 90 starter. Det kan ses, at erosionen er lille og distribuerede ensartet på den ydre overflade af katoden. Ifølge dette resultat har thruster potentiale til at operere i lang tid.
Efter kontinuerlig drift tests, vi har undersøgt effektiviteten af thruster i effektområde på 50-100 kW. Hovedvægten blev målt med target stak stå og måling resultater er vist i Figur 11. Den bedste ydeevne opnås på 99,5 kW, hvor essensen er 3052 mN, specifik impuls er 4359 s og stak effektivitet er 67%. Derudover blev en teoretisk stak værdi beregnet, Eq. 1 (Mikellides12 ), at sammenligne med målte stak værdier; den største forskel mellem dem var 11,6%.
(1)
(en er katode radius til elektrode længde forholdet; R er elektrode radius forholdet; A er atomvægt i atomare masse enhed og 
er ionisering faktor12.)
Effekten af thruster optimering
De resulterende værdier af hovedlinjerne i reaktion på variation af systemparametre er vist i figur 8, hvor det kan ses, at drivmiddel massestrømshastighed indflydelse på essensen er lig anvendt felt. Som gas dynamisk acceleration19 er følsom for ṁ, kan det konkluderes, at komponenten gas dynamisk acceleration er forbedret i vores thruster. Desuden decharge aktuelle og anvendt felt påvirker den elektromagnetiske acceleration i flere forskellige mekanismer og deres indflydelse bør være indlysende,1. I vores forsøg er essensen betydeligt mere følsomme over for en stigning på decharge aktuelle forhold i feltet udlignet som vist i figur 8. Et aspekt af denne adfærd kan skyldes styrke gas dynamiske effekter fra øget aksial decharge nuværende på grund af den specifikke drivmiddel levering tilstand gennem katoden. Yderligere, som vist i Figur 11, MPD thruster når en højeste stak effektivitet på 67%, som er sammenlignelig med MPD styreraketter overlegne effektivitet med drivmiddel alkali metal20. Virkningerne af designændringer ses således, at forbedre ydeevnen af MPD thruster betydeligt.
Desuden, selv om der er ingen anode region drivmiddel strømforsyning, havde vores thruster stabil drift på en decharge strøm på 800 A og drivmiddel levering sats på 70 mg/s. Til sammenligning MPD thruster SX321 med delvis drivmiddel forsyning fra anoden, nåede en debut regime, en decharge nuværende 500 A og drivmiddel levering sats på 60 mg/s. baseret på stabiliteten i en MPD thruster med kritisk værdi2/ṁ 22, den nuværende thruster er lidt bedre end SX3.
Target stak målefejl
Med target stak måling er det nødvendigt at undgå overvurdering af stak på den højeste ydeevne operation. Her antage vi, at kollisionen mellem målet og de tunge partikler i plasma er perfekt elastisk. Således, halvdelen af målte stak er taget som den sande essensen. Derudover i strømmen af drivmiddel til målet antager vi, at plasma helt er begrænset af det magnetiske felt. Vi valgte de magnetiske feltlinier, der passerer gennem den ydre række anoden som grænsen for magnetisk dyse. Antages det, at plasma partikler er fordelt jævnt i dysen, som vist i figur 12, kan vi få vifte af plasma på target fly, som er 704 mm i diameter. Så forholdet mellem målte essensen og sandt stak kan udtrykkes som:
(2)
hvor F er den målte stak af mål og T er sandt stak.
Yderligere, på grund af barrieren opførsel af målet, drivmiddel partikler kan flyde tilbage i decharge-kammer. Antages det, at alle partikler er udgivet fra midten af målet, som vist i Figur 13, og at Fordelingerne af back-flow partikler adlyde cosinus loven23, derefter andel af reentry partikler kan evalueres med Eq. 3. Hvis back-flow partikler distribuere jævnt i alle retninger af plads, udtrykkes andelen med Eq. 4. Variationer af proportioner med mål-bovpropel afstand z, under to distribution antagelser, er angivet i Figur 14. I målingen stak var target-bovpropel afstanden 550mm; således er blev andelen af reentry partikler beregnet til ikke mere end 0,3%.
Baggrund pres kan også påvirke målte stak ydeevne. Når thruster når den højeste ydeevne, baggrund trykket i systemet kan opretholdes på 0,2 Pa med massestrømmen af 70 mg/s. Den målte kraft kan dog højere end den faktiske værdi på grund af påvirkning af denne høje baggrund pres20,24,25,. For at eliminere denne mulige indflydelse pumpehastighed på det vakuum system bør øges, og dette er en planlagt opgradering.
Målet er fremstillet af elektrisk ledende materiale, og det er isoleret fra jorden under stak måling. Der er imidlertid en udstrømning nuværende i røgfanen, der kan interagere med målet og påvirke adfærd for MPD thruster måling15. Dette kan være en faktor, der påvirker omfanget af stak effektivitet og fortjener yderligere overvejelse.
(3)
(4)
Figur 1 . Skematisk diagram over AF-MPD thruster
Hoveddelen af MPD thruster omfatter anoden (kobber), katode (tantal wolfram), isolering (bornitrid), katode indehaveren (kobber) og katode stik (kobber). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 . Skematisk diagram over eksperiment system
Blå linjer i vandkølingssystem: højtryk koldt vand; røde linjer i vandkølingssystem: opvarmet vand. Grønne linjer i erhvervelse og kontrol system: signaler af driftsparametre; brun linjer i erhvervelse og kontrol system: signaler kontrol instruktioner. Blå linjer i elsystemet kilde: ledninger tilsluttes anode af thruster og magnetiske coil; røde linje i elsystemet kilde: ledninger tilsluttes katode af thruster og magnetiske spolen. Blå trapez i midten: stråle af thruster. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 . Eksperiment layout inde den vakuumkammer
Thruster er placeret inde i magnetfeltet spolen. Spolen er bag målet stak stå; således er visningen thruster blokeret af mål fra den visuelle vinkel i figur. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 . Vandkølingssystem
(en) pumper gruppe, vandtank og køleskab (placeret uden for laboratoriet). (b) højt tryk metal rør leverer køling vand (uden for vakuumkammer). (c) leddene og isolerende rør leverer kølevand til elektroder og magnetiske spolen (inde i vakuumkammer). (d) pumper controllere indstille strømningshastigheden af vandpumper. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 . Target metode stak stand
Den centrale linje af thruster, og målet er sammenfaldende med hinanden. I aksial position af målet kan justeres med den bevægelige platform. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6 . Typiske decharge spænding for thruster
Decharge strøm på 240 A, anvendes feltet af 258 mT, drivmiddel massestrømshastighed på 40 mg/s. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7 . Typiske stak måling signal
Decharge strøm på 240 A, anvendes feltet af 258 mT, drivmiddel massestrømshastighed på 40 mg/s. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8 . Indflydelse af decharge aktuelle, anvendt felt og drivmiddel massestrømshastighed på fremstød, med arc magt op til 25 kW. Abscissen nederst repræsenterer de normaliserede driftsparametre, herunder:
Id (decharge nuværende), Ba (anvendt magnetisk feltstyrke) og ṁ (drivmiddel massestrømshastighed) med Id = 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = 40 mg/s valgt som grundlæggende driftsvilkår, svarende til værdien af 1 på bunden abscissen. Abscissas på toppen svarer til de oprindelige værdier for de tre parametre. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9 . Kontinuerlig drift aktuelle og spænding for arc magt af 36 kW
Tre streger er output signaler for decharge spænding, decharge aktuelle og beregnede arc magt, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10 . Indledende katode udseende og katode efter operation for samlede 10 timer.
I venstre side af figuren viser billedet af tantal wolfram hul katode før det gennemgår decharge; højre side viser katoden efter ialt 10 timer under decharge. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 11 . Udførelsen af thruster i effektområde på 50-100 kW
Punkter med stjerne symboler er værdier virkeretning beregnet af stak formel12. Andre symboler er værdier virkeretning målt med target stak fod. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 12 . Skematisk af størrelsen af målet sammenlignet med geometri af magnetfeltet
Stiplede linjer repræsenterer magnetiske feltlinier gennem den ydre række anoden. Det magnetiske felt inden for de stiplede linjer kan danne en slank magnetiske dyse i rummet. Diameteren af dysen er 704 mm på target fly, som er 550 mm fra thruster i eksperimentet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 13 . Skematisk af tilbage flow partikel dynamics
De udstrålede pile fra målet repræsenterer rebound partikler fra centrum af målet. Her antager vi, at alle partikler rebound fra det centrale punkt af målet. Denne antagelse vil overvurdere beregningen af andelen af reentry partikler. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 14 . Procentdel af tilbagestrømning drivmiddel i decharge-kammer
Linjen med symboler af kvadrater udgør andelen af reentry partikler baseret på den antagelse, at tilbagestrømning partikler adlyde en cosinus distribution. Linje med diamant symboler repræsenterer, fra en ensartet fordeling. Abscissen er afstanden mellem målet og anode-afkørslen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denne protokol beskriver processerne af tænding, drift og stak måling af en 100 kW klasse anvendes feltet MPD thruster. Det centrale punkt i at designe en MPD thruster for optimal ydeevne er at vælge den korrekte konfiguration efter det specifikke mål. MPD styreraketter med konvergerende-divergerende anode kan fungere steady-state i en stor operation rækkevidde. Ydeevnen kan dog lavere end thruster med divergerende anoden. Den hule katode, især den multikanals hult katode, er overlegen i forhold til en traditionel stang katode i de fleste aspekter. Anvendelse af hule katoden er gavnlige for at forbedre thruster ydeevne, og det giver muligheder for drivmiddel levering tilstande. Fremstillingsomkostninger af en hul katode er relativt høj sammenlignet med en solid katode.
En flydende circuit køleventilator struktur er nødvendige for driften af bovpropel, hvis det er designet til at arbejde for mere end 10 minutter. Alternativt, stråling køling er en anden valg26, der kan undgå komplekse kølevæske rør. Dog kan dette medføre en stor radial størrelse af thruster. Desuden kan et varmerør være en anden valg når ansat i faktiske rummission.
Et ydre magnetfelt er uundværlig for AF-MPD thruster. Feltet kan leveres af en traditionel magnetventil spole, som beskrevet i protokollen, eller en permanent magnet. Derudover er superledning en potentiel kandidat, som kan give meget stærkere magnetisk felt end traditionelle coil og massen som er også mindre end traditionelle magnetventil spolen.
For at holde stak måling eksperiment, baggrund pres bør være lavere end 0,013-0,13 Pa1. Ellers, driften af thruster kan være påvirket. Derudover ifølge forskning27, der er udstrømning strømninger i faner af MPD raketmotorer og den længst nuværende kan nå position 90 cm fra thruster i aksial retning. Således er øge størrelsen af kammeret gavnligt for faldende påvirkning af funktionen af thruster.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af den grundlæggende Research Program (nr. JCKY2017601C). Vi værdsætter hjælpen af Thomas M. York, Emeritus Professor ved Ohio State University.
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).
