Summary
Bu protokol bir 100 tasarımını tanıtmak için hedeftir kW sınıf uygulanan alan magnetoplasmadynamic pervane ve ilgili deneysel yöntemleri.
Abstract
Uygulanan alan magnetoplasmadynamic (AF-MPD iticileri) hibrid gaz pedalı içinde hangi elektromanyetik iticiler ve gaz dinamik süreçler plazma için yüksek hız hızlandırmak; Onlar yüksek özel dürtü önemli avantajları ile gelecekteki uzay uygulamaları için önemli bir potansiyel var ve yoğunluk itme. Bu yazıda, tasarlama ve yapıları, 130 V en fazla deşarj gerilim, 800 A maksimum basma geçerli ve bir 0,25 T en güçlü manyetik alan yüzgeçlerini ile AF-MPD itici bir 100 kW sınıf üretim için kullanılan protokol bir dizi mevcut. İçi boş Tantal tungsten katot radyal deşarj etkisizleştirmek için sadece yakıt giriş davranır ve bu eksenel anot arkatarafında anot açlık rahatlatmak için yerleştirilir. Silindirik ıraksak Bakır anot anot güç biriktirme, nerede uzunluğu duvar-plazma bağlantı alanı azaltmak için azaltılmış azaltmak için istihdam edilmektedir. Deneylerde kullanılan bir vakum bir çalışma vakum 0.01 elde edebilirsiniz sistem Pa bir toplam yakıt kitle akış oranı 40 mg daha düşük/s ve bir hedef itme stand. Pervane testler uygun analiz izin veren ve performans yakıt akış oranları, basma geçerli ve uygulanan manyetik alan gücü gibi çalışma parametreleri etkilerini ölçmek için yapılmıştır. Pervane sürekli oyuk katot yüzeyinde küçük erozyon ile önemli bir süre için ameliyat. 100 en büyük itici güçtür kW ve bu su soğutmalı yapılandırmasının performansını bu literatürde bildirilen iticileri ile karşılaştırılabilir.
Introduction
MPD iticiler bir nispeten yüksek itme yoğunluğu ve yüksek özel dürtü1,2,3için bilinen. Ancak, MPD iticileri tipik itme verimliliği1 göreceli olarak düşük, özellikle İtici motorları noble gazlar4,5,6ile biridir. Çoğu MPD motorlar için yakıt akışının bir parçası bir yarık anot ve katot7,8 , radyal bir bileşen toplam deşarj önemli bir bölümünü sonuç ile arasında deşarj odasından içine enjekte edilir. Ancak, itme oluşturmak için radyal kinetik etkileri fiziksel bir meme veya manyetik bir meme ile Aksiyel kinetik hareket halinde dönüştürülmesi gerekir. Buna göre bir ana yeni tasarım MPD pervane bütün itici radyal deşarj etkisizleştirmek için hareket edebilir katot sağlanan özelliğidir; Bu şekilde, eksenel enerji oranı artabilir. Plazma anot etrafında Hall parametresinde Hall ivme bileşen9güçlendirebilir anot çevresinde sayı yoğunluğu azaltmak tarafından artırılabilir o eklenen bir etkisi vardır. İtici nerede ilk elektron büyük miktarlarda enjeksiyon Bu modda yayılan katot iç yüzeyine yakın olduğundan, itici iyonlaşma oranı büyük ölçüde artırılabilir. Ayrıca, anot uzunluğu duvar-plazma bağlantı alanı azaltmak ve anot güç ifade10,11azaltmak için minimize. Farklı bir anot uygulandığı gibi bu anot ve manyetik alan çizgileri arasındaki açı azaltmak ve anot güç ifade daha fazla12,13azaltmak.
Performansı artırmak için yukarıda belirtilen avantajları rağmen katot enjeksiyonla tam yakıt kaynağı "başlangıcı" olayları14' te oluşabilir anot açlık riski artırabilir. Bu davranışı engellemek için katot anot üsse geri çekildi. Elektron sonra yeterince anot açlık azaltmak için hareket edecek anot çıkış ayrılmadan önce radyal yönde yaygın. Ayrıca, çok kanallı bir oyuk katot benimsenmiştir; tek kanal içi boş katot için karşılaştırıldığında, çok kanallı bir oyuk katot elektron emisyon alan artırmak ve itici dağıtımını daha düzgün hale getirebilirsiniz. Bu değişiklik ile ömür boyu ve pervane kararlılığını artan15,16,17olabilir.
100 tasarlanmış itici güçtür kW ve soğutma bir yapı ile kararlı duruma işlemi gereklidir. Mevcut laboratuvar deneylerinde verimli bir gereksinimi yapısı istihdam edilmektedir. Ancak, MPD pervane tasarım performansını değerlendirmek için itme elde etmek için önemlidir. Isı transferi uygulanması için yüksek basınçlı su sistemi ile hangi-ebilmek yaratmak önemli etkileşim geleneksel itme ölçümleri kullandıysanız böyle soğutma işlemi sırasında güçlü titreşim olacak. Buna göre bir itme hedef stand itme ölçmek için istihdam edilmektedir.
MPD pervane
Şekil 1' de gösterildiği gibi MPD pervane anot, katot ve yalıtkan oluşur. Anot bakır hangi en az iç çapı 60 mm olan silindirik bir ıraksak meme ile yapılır. Anot iç duvar civarında S şeklinde bir soğutma kanalı vardır. Giriş ve çıkış kanal anot üst kısmında bir bölme ile ayrılmış bulunmaktadır. Bir ince bakır blok anot ve elektrik kablo bağlamak için istihdam edilmektedir. Kavşak anot dış yüzeyi üzerinde yer alır.
Tantal akkor lamba ışığı, dokuz yakıt kanalları katot malzemedir. Katot dış çapı 16 mm olduğunu. Soğutma Katot katot tabanı etrafında bir gereksinimi sahibi ile elde edilir. Bir halka şeklinde kanal sahibi içinde vardır. Soğuk su alt ve üstten dışarı akışı sahibinden içine enjekte edilir. Katot sol tarafında bir oyuk katot bağlayıcı vardır. Merkezi bağlantılarının ve oyuk katot odasına yakıt akıyor; Dokuz Dar silindirik kanal ile bağlanma katot Üssün içinden büyük bir boşluk vardır. Kavite dokuz kanalları yakıt dağıtım tekdüzelik artırmak için bir tampon görevi görür. Katot katot bağlayıcı yüklü bir annüler bakır blok, Elektrik kablosuyla bağlanır.
Pervane ana gövdesini ek olarak, harici bir manyetik bobin da AF-MPD pervane mekanizmaları için alanları oluşturmak gereklidir; manyetik alanları ile birlikte elektrik alanı plazma hızlandırmak için farklı yakınsak bir manyetik alan sağlar. 288 turnike geçiş için her iki elektrik mevcut ve soğutma suyu olarak hareket dairesel bakır boru alan bobin oluşur. Dış çapı 500 mm iç çap bobin 150 mm iken. Ortasındaki en yüksek alan şiddeti 0,25 T ile 230 A. mevcut olduğunu
Deney sistemi
Deney sistemi altı alt sistemleri içerir. Deneysel sistemin genel düzenini Şematik diyagramı Şekil 2' de gösterilen; vakum odası içinde pervane yerleşimini Şekil 3' te gösterilmiştir.
İlk olarak, bir vakum odası, iki mekanik pompa, bir moleküler pompa ve dört kriyojenik pompalar pervane operasyon için gerekli vakum ortamı sağlar, vakum sistemi oluşur. Odası çapı 3 m ve 5 m uzunluğundadır. Ortam basıncı 0,01 altında tutulabilir (argon) barut akış hızı en fazla 40 mg/s olduğunda Pa.
İkinci olarak, bu kaynak sistem roket tutuşturmak için bir yüksek gerilim darbe için plazma hızlandırmak itici güç sağlar ve dış manyetik alan sürdürebilmek manyetik alan bobin için güç sağlar sağlar. Güç kaynağı sistemi bir ateşleme güç kaynağı, bir itici güç kaynağı, bir bobin güç kaynağı ve kabloları oluşur. Ateşleme güç kaynağı 8 sağlayabilir kV veya 15 kV deşarj gerilim. Bir akım kadar 1000 A. itici güç kaynağı sağlar Bobin güç kaynağı bir akım ilâ 240 A. sağlar.
Üçüncü olarak, yakıt besleme sistemi gaz itici roketler için beslenir. Sistem esas olarak gaz kaynak içerir, kütle akış hızı denetleyicisi ve gaz boru hatları kaynağı.
Dördüncü alt sistemi serin yüksek basınçlı su itici, manyetik bobin ve güç kaynakları ısı alışverişi sağlar gereksinimi sistemidir. Şekil 4' te gösterildiği gibi sistem pompa grubu, su deposu, buzdolabı, su boru hatları ve pompa kumandası oluşur. Vakum odası içinde olmayan iletken borular soğutma su terminal pervane ve manyetik bobin için sağlamak ve anot, katot ve zemin arasında o elektrikli yalıtım sağlar.
Satın alma ve kontrol sistemi pervane operasyon koşulları ve denetim diğer sistemlerin ölçme sinyalleri kaydedebilirsiniz. Üç bilgisayar ve ilgili yazılım, veri alma kartı ve kabloları oluşur.
Şekil 5' te gösterildiği gibi itme hedef stand plaka hedef, ince ışın, deplasman sensör, destek çerçeve, eksenel hareket ettirilebilir platformu ve radyal hareketli platform oluşur. Hedef hedef iter plazma geçirebilir. Hedef deplasman itme18değerlendirilmesi olanaklı kılmak bu şekilde hedef arkasına yerleştirilen bir sensör tarafından ölçülebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Deney için hazırlık
- Pervane yükleyin.
- Bir temiz oda içinde susuz alkolle ıslatılmış roketli withnon-toz kumaş bileşenleri silin.
- Anot yalıtkan ile bir araya getirin.
- Katot katot tutucu ve katot bağlayıcı bir araya getirin.
- Katot kısmına anot bölümüne ekleyin.
- Orta bağlayıcı montaj yüklemek ve onları vida (Altıgen soket baş vida, M5 × 16) ile düzeltmek.
- Deney platform forklift ile bobin koltukta kurmak.
- Vakum odasının Kılavuzu demiryolu deney platformda bir yer.
- Pervane bobin yükleyin.
- Anot ve katot karşılık gelen elektrik kabloları ile bağlantı.
- Manyetik bobin bobin güç kaynağı ile bağlantı.
- Gereksinimi borular ve yakıt kaynağı boru pervane ile katılın.
- Gereksinimi borular bobin ile katılın.
- Odası ve ana gövdesi itme, stand düzeltme içinde hareketli platform üzerinde kurmak.
- Pervane ve hedef satırları birbirleri ile aynı tarihte denetim yapmak için radyal hareketli platform konumunu ayarlamak.
- İtme stand kalibre.
- Farklı ağırlıklar (10 g, 50 g, 100 g, 200 gr), tek tek ayarlama aygıtının ve buna karşılık gelen kaydı itme stand çıkış yükleyin.
- Ağırlık tek tek kaldırın.
- En az üç kez tekrarlayın.
- Kalibrasyon verilerine göre itme stand elastik katsayısını hesaplar.
- Vakum odası tahliye edin.
- Odasının kapısını kapatın.
- Mekanik pompa başlatın.
- Arka plan basınç odasında 5'ten düşük olduğunda moleküler pompa başlatmak baba.
- Arka plan basınç odasında 0,05 düşük olduğunda Kondansat pompaları başlatmak baba.
- 1 x 10-4 baba. ulaşmak için baskı için bekleyin
2. ateşleme ve itme ölçüm deney
- Eğer havaya maruz kalan pervane onceden.
- Sinyal kaydetmeye başlamak.
- 40 mg/s yakıt kütle akış oranını ayarlamak ve en az 20 dakika için tedarik tutmak
- Soğutma su kaynağını açın.
- Su pompaları, 10 Hz soğutma çalışma sıklığını belirleme.
- İtme stand pervane uzak konuma taşıyın.
- 90 A. bobin akımı bobin güç kaynağıyla geçiş
- Deşarj akımı 240 A. itici güç kaynağıyla geçiş
- Ateşleme güç kaynağında geçin.
- En az 5 dakika için çalışma pervane tutun.
- İtici güç kaynağı ve yakıt kaynağı geçiş yapar.
- Durmak belgili tanımlık yazmak.
- İtme ölçüm
- İtme stand pervane 550 mm konuma getirin.
- Sinyal kaydetmeye başlamak.
- Yakıt kaynağı başlatın.
- Pervane ile 90 A bobin geçerli ve 240 A deşarj geçerli tutuşturmak.
- Bobin 150 A. geçerli artırmak
- 800 A. geçerli deşarj artırmak
- 230 A. geçerli bobin artırmak
- İtme stand çıkışını istikrarlı hale geldiğinde pervane geçin.
- Yakıt kaynağı durdurmak.
- Durmak belgili tanımlık yazmak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Deneyinde, biz deşarj akımı (ID) kontrol, yakıt kütlesi rate(m) akışı ve manyetik alan (Ba) uygulanır. Operasyonda, biz deşarj gerilim (Vd) değerini ölçmek ve (T) itme, baz biz-ebilmek almak diğer performans parametreleri gücü (P), özel dürtü (ISS) gibi ve verimlilik (η)1itme.
Tipik bir sinyal deşarj gerilim Şekil 6' da gösterilmiştir. Güç kaynağı başlatılması bir açık-voltaj anot ve katot, hangi yaklaşık 230 V değeridir arasında olacak. Bu açık-voltaj deşarj odasında tarafsız itici yıkmak için yüksek değildir; roket tutuşturmak için bir yüksek frekans deşarj gerilim uygulamak gerekir. Ateşleme sonra gerilim hızla azalacak; sonra gerilim eğilimleri salınım bir süre sonra sabit bir değer için.
Tipik itme ölçüm sonucu Şekil 7' de gösterilmiştir. Biz daha önce sıfır-itme noktası olarak kabul edilir itici arz başlatılıyor itme stand sinyal kayıt başlar. İtici arz başlayan sonra zayıf bir itme olacak. Pervane ateşleme sonra titreşimler, sonra sabit değerine itme trends ile büyük bir sinyal olacaktır. Biz pervane açmak sonra. Bir sıfır-drift hedef termal deformasyon nedeniyle olacak; Bu etkisiyle neden hata en fazla % 1 olacaktır.
Şekil 8 deşarj akımı, etkisini gösterir güç uygulanan alanını ve itme ark için yakıt kitle akış oranı 25 kW. Seçtiğimiz: kimliği 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = = 40 mg/s, temel kullanım koşul; bir dizi deney ile temel verileri karşılaştırmak için yürütülmektedir. Tek bir işlem parametresi her kontrast deneyde değişti: deşarj akımı 160 A 360 A; değiştirilebilir uygulanan alan şiddeti 34 mT 258 mT için farklı olabilir; yakıt kitle akış oranı 20 mg/s ile 80 mg/s için farklı olabilir. Karşılaştırma kolaylık sağlamak için alt x ekseni Şekil 8' de gösterildiği gibi bu üç işlem parametrelerini normalleştirmek. Normalleştirilmiş işlem parametrelerini 1.0 olduğunda, işlem koşulları temel bir aynıdır anlamına gelir. Alt x ekseni ile birlikte sırasıyla üç parametre, özgün değerlerine karşılık gelen üç daha fazla x-axes üst, orada.
Şekil 9 yarım saat sürekli çalışma sırasında akıntı özelliklerini gösterir. Pervane eğilimleri kararlı bir duruma hızla sonra ateşleme ve gerilim olduğunu istikrarlı bu dönemde görülebilir.
Şekil 10 Tantal tungsten katot fotoğraflarını önce ve testlerden sonra sunar. Testlerin toplam çalışma süresi 10 h, bir yarım saat sürekli çalışma ve kısa süre için 90'dan fazla başlar test gibi oldu. Erozyon hafif ve katot dış yüzeyinde düzgün dağıtılmış görülebilir. Bu sonuca göre pervane uzun bir süre için faaliyet potansiyeline sahiptir.
Sürekli işlem testleri 50-100 kW güç aralığında pervane performansını keşfettik. İtme itme hedef stand ve ölçüm sonuçları Şekil 11' de gösterilen ile ölçüldü. 99,5 en iyi performansı elde edilir nerede itme 3052 mN, özel dürtü olduğunu 4359 s ve itme verimliliği % 67 kW. Buna ek olarak, bir teorik itiş değerini, EQ ile ölçülen itme değerleri karşılaştırmak için 1 (Mikellides12 ), hesaplanmıştır; aralarındaki en büyük fark %11,6 idi.
(1)
(bir katot RADIUS elektrot uzunluğu oranı olduğunu; R elektrot RADIUS oranıdır; A olduğunu Atomik kütle birimi olarak atom ağırlığı ve 
iyonlaşma faktör12olduğunu.)
Pervane en iyi duruma getirme etkisi
İtme sistemi parametrelerini varyasyon yanıt olarak sonuç değerleri Şekil 8yakıt kitle akış oranı etkisi itme uygulanan alanını için benzer görülebilir nerede gösterilir. Gaz dinamik ivme19 ṁ için hassas olduğundan, gaz dinamik ivme bileşen bizim pervane gelişmiş söylenebilir. Ayrıca, akıntı mevcut ve uygulanan alan birkaç farklı mekanizmalar elektromanyetik ivme etkiler ve onların etkisi belirgin1olmalı. Bizim deneylerde itme Şekil 8' de gösterildiği gibi önemli ölçüde daha fazla deşarj uygulanan alanını ile karşılaştırıldığında geçerli bir artış duyarlıdır. Bu davranış, bir yönü Aksiyel akıntı sayesinde belirli yakıt kaynağı modu geçerli katot artan gaz dinamik etkileri güçlendirilmesi nedeniyle olabilir. Ayrıca, Şekil 11' de gösterildiği gibi MPD pervane % 67'si, en yüksek itme verimliliğini hangi MPD iticileri üstün verimlilik itici alkali metal20ile karşılaştırılabilir ulaşır. Böylece, tasarım değişiklikleri etkilerini MPD pervane önemli ölçüde performansı görülmektedir.
Ayrıca, hiçbir anot bölge yakıt kaynağı var olmasına rağmen bizim pervane istikrarlı işlemi 800 A akıntı mevcut ve yakıt besleme oranı 70 mg/s vardı. Buna karşılık, MPD pervane SX321 anot üzerinden kısmi yakıt kaynağı ile ulaşmış bir başlangıçlı rejim deşarj akımı 500 A ve yakıt besleme hızı 60 mg/s. üzerinde tabanlı bir MPD pervane kritik değeri ile istikrar ı2/ṁ 22, mevcut pervane SX3 için biraz daha iyidir.
Hedef itme ölçüm hataları
İtme hedef ölçüm ile en yüksek performansı operasyonda itme tahmindi önlemek gereklidir. Burada hedef ve plazma ağır parçacıklar arasındaki çarpışma mükemmel elastik olduğunu varsayalım. Böylece, ölçülen itme yarısı doğru itme alınır. Ayrıca, hedef için yakıt akışı içinde plazma tamamen manyetik alanıyla kısıtlı olduğunu varsayalım. Anot dış aralığı boyunca manyetik meme sınır geçmek manyetik alan çizgileri seçtik. Plazma parçacıklarını düzgün Şekil 12' de gösterildii gibi meme içinde dağıtılır varsayılarak, plazma aralığını 704 mm çapında hedef uçak adresinden edinebilirsiniz. Sonra ölçülen itme ve doğru itme ilişkisi olarak ifade edilebilir:
(2)
F hedef ve T tarafından ölçülen itme nerede gerçek itme.
Ayrıca, hedef bariyer davranış nedeniyle, itici parçacıklar deşarj odasına geri akışı olabilir. Varsayarak tüm parçacıklar hedef Merkezi'nden Şekil 13' te gösterildii gibi serbest bırakılır ve geri akış parçacıklar dağılımları kosinüs hukuk23, sonra atmosfere parçacıklar oranı itaat EQ 3 ile değerlendirilebilir. Geri akış parçacıkların düzgün alan her yöne dağıtırsanız, oranı EQ 4 ile belirtilecektir. Hedef-pervane mesafe ile z, iki dağıtım varsayımlar, oranlar varyasyonları Şekil 14' te listelenir. İtme ölçüm 550 mm hedef-pervane mesafe vardı; Böylece, atmosfere parçacıklar oranı % 0,3 fazla olmak hesaplanır.
Arka plan basınç da ölçülen itme performansı etkileyebilir. Pervane en yüksek performansı ulaştığında, sistem arka plan basıncı 0,2 korunabilir Pa kitle akış oranı 70 mg/s ile. Ancak, ölçülen itme bu yüksek arka plan basınç20,24,25,etkisi nedeniyle gerçek değerinden daha yüksek olabilir. Bu olası etkisi ortadan kaldırmak için vakum sistemi pompa hızını artış olmalıdır ve bu planlı bir yükseltmedir.
Hedef elektrik iletken malzemeden yapılmış ve itme ölçüm sırasında yerden yalıtılmıştır. Ancak, hedef ile etkileşim ve MPD pervane ölçüm15davranışını etkiler tüy içinde geçerli bir çıkış yoktur. Bu itme verimliliği büyüklüğünü etkileyen bir faktör olabilir ve değer daha fazla dikkat.
(3)
(4)
Resim 1 . AF-MPD pervane Şematik diyagramı
Ana gövdesi MPD pervane, anot (bakır), katot (Tantal tungsten), yalıtkan (bor nitrit), katot tutucu (bakır) ve katot konektörü (bakır) içerir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 . Şematik diyagramı deney sistemi
Mavi çizgiler su soğutma sistemi: yüksek basınçlı soğuk su; su soğutma sistemi kırmızı çizgiler: ısıtılmış su. Yeşil çizgiler edinme ve denetim sistemi: sinyalleri işlem parametreleri; kahverengi çizgiler edinme ve denetim sistemi: denetim yönergeleri sinyalleri. Mavi çizgiler güç kaynağı sistemi: pervane ve manyetik bobin; anot Bağlama teller güç kaynağı sistemi içinde kırmızı çizgi: pervane ve manyetik bobin katot Bağlama teller. Orta mavi yamuk: pervane demeti. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 . Deney düzeni içinde vakum odası
Pervane manyetik alan bobin içinde yer alıyor. Bobin itme hedef stand olduğunu; Böylece, hedef şekildeki görsel açıdan tarafından itici görünümü tıkalı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 . Su soğutma sistemi
(bir) pompa grubu, su deposu ve buzdolabı (laboratuvar dışında yerleştirilir). (b) yüksek basınç metal borular soğutma sağlayan (vakum odası dışında) su. (c) eklem ve yalıtkan borular elektrotlar ve manyetik bobin (içinde vakum odası) için soğutma su temini. (d) pompalar denetleyicileri ve su pompaları akış hızı ayarlayın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 . Hedef yöntemi itme stand
Pervane ve hedef ana damar birbirleri ile çakışık. Hedef Aksiyel konumunu hareketli platform ile ayarlanabilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 . Pervane için tipik deşarj gerilim
Geçerli 240 A, uygulanan alanını 258 MT, itici kitle akış oranı 40 mg deşarj/s. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7 . Tipik itme ölçüm sinyal
Geçerli 240 A, uygulanan alanını 258 MT, itici kitle akış oranı 40 mg deşarj/s. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8 . Deşarj geçerli, uygulanan alan ve itici kitle akış oranı üzerindeki etkisi itme, yay ile güç 25 kW. Apsis altta da dahil olmak üzere normalleştirilmiş işlem parametrelerini temsil eder:
Kimliği (deşarj geçerli), Ba (uygulanan manyetik alan şiddeti) ve ṁ (yakıt kitle akış oranı) kimliği ile 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = = 40 mg/s alt apsis 1 değerine karşılık gelen temel çalışma koşulları olarak seçildi. Abscissas üst üç parametre özgün değerlerine karşılık gelen. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9 . Sürekli işlem geçerli ve gerilim için ark güç 36 kW
Üç katı çizgi çıkış sinyalleri için deşarj gerilim, akıntı mevcut ve hesaplanan ark güç, sırasıyla vardır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 10 . İlk katot görünüm ve katot işlemi için toplam 10 saat sonra.
Rakam sol tarafında deşarj geçiren önce Tantal tungsten oyuk katot görüntüsünü gösterir; sağ taraf katot toplam deşarj altında 10 saat sonra gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 11 . 50-100 kW güç aralığında pervane performansını
Yıldız sembolleri ile puan itme itme formül12tarafından hesaplanan değerleri. Diğer semboller itme itme hedef stand ile ölçülen değerleri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 12 . Manyetik alan geometrisi göre hedef boyutu şematik
Noktalı çizgiler manyetik alan çizgileri anot dış aralığı ile temsil eder. Manyetik alan noktalı çizgiler içinde ince bir manyetik meme alan oluşturabilir. Meme çapı 550 mm roket itici deneyinde üzerinden hedef uçak, 704 mm olduğunu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 13 . Geri akışı Parçacık dinamiği şematik
Hedeften yayılan oklar rebound parçacıklar hedef Merkezi'nden temsil eder. Burada tüm parçacıklar hedef merkezden rebound varsayıyorum. Bu varsayım atmosfere parçacıklar oranının hesaplanması abartma. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 14 . Geri tepme itici deşarj odasına yüzdesi
Sembolleri kareler içeren satırı geri tepme parçacıklar kosinüs dağıtım itaat duymadığını atmosfere parçacıklar oranı temsil eder. Elmas sembolleri içeren satırı bu tek tip bir dağıtıma karşı temsil eder. Apsis hedef ve anot çıkış arasındaki mesafedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu iletişim kuralı ateşleme, işlem ve 100 kW uygulanan sınıf alan MPD roket itici bir itme ölçümü işlemlerini açıklar. En iyi performans için bir MPD pervane tasarımında önemli nokta belirli amaç göre doğru yapılandırma seçmektir. Iraksak yakınsak anot MPD itici roketler kararlı durum geniş çalışma aralığı olarak işlev görebilir. Ancak, performansı farklı anot ile pervane daha düşük olabilir. Oyuk katot, özellikle çok kanallı oyuk katot, pek çok yönden içinde geleneksel çubuk katot üstündür. Oyuk katot uygulanması pervane performansını artırmak için yararlı olup yakıt kaynağı modları için seçenekler sağlar. İçi boş bir katot maliyetini üretim ile sağlam bir katot nispeten yüksek karşılaştırılır.
10 dakikadan fazla çalışmak üzere tasarlanmış bir sıvı devre yapısı soğutma pervane çalışması için gereklidir. Alternatif olarak, radyasyon soğutma hangi karmaşık soğutma boru önlemek için başka bir seçim26, var. Ancak, bu bir büyüklüğü radyal pervane neden olabilir. Ayrıca, bir ısı borusu zaman gerçek uzay görevi istihdam başka bir seçim olabilir.
Harici bir manyetik alan AF-MPD pervane için vazgeçilmezdir. Alan iletişim kuralı veya daimi mıknatıs açıklandığı gibi geleneksel solenoid bobin tarafından sağlanabilir. Buna ek olarak, Süperiletkenlik geleneksel bobin ve ayrıca geleneksel solenoid bobin daha az olduğu kitle daha çok daha güçlü manyetik alan sağlayabilir potansiyel bir aday olduğunu.
İtme ölçüm deney tutmak için arka plan basınç 0,013-0,13 düşük olmalıdır Pa1. Aksi takdirde, pervane işlemi etkilenebilir. Ayrıca, araştırma27göre MPD iticileri tüyleri içinde çıkış akımları vardır ve en uzak geçerli konumu 90 cm Pervane Aksiyel yönde üzerinden ulaşabilirsiniz. Böylece, artan büyüklük odası pervane tesis olan etkisinin azaltılması için faydalıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Bu eser temel araştırma programı (No tarafından desteklenmiştir JCKY2017601C). Thomas M. York, Ohio State Üniversitesi'nde emekli Profesör yardım için teşekkür ederiz.
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).
