Name: Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 22 s
Description: Erfahren Sie Methoden zur Optimierung und Diagnose miniaturisierter Hall-Triebwerke mithilfe automatisierter Testsysteme. Diese Technologie ermöglicht präzise Leistungsbewertung von Raumfahrtantrieben.

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Diese Arbeit wurde im Teil durch OSTIn-SRP/EDB, die National Research Foundation (Singapur), Academic Research Fund AcRF Stufe 1 RP 6/16 (Singapur) und George Washington Institut für Nanotechnologie (USA) unterstützt. I. L. anerkennt die Unterstützung durch die Schule der Chemie, Physik und Maschinenbau, Wissenschaft und Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Queensland University of Technology.

Hier präsentieren wir die Protokolle für die Schub Kalibrierung Verfahren und Performance-Evaluierung, unabhängige Schub Verifikation über null Mess- und Plume Profilometry durch in-situ Geodaten zu spüren.
(1) Schub Kalibrierung Verfahren und Schub Leistungsbewertung
<ol><li>Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten in der Kammer installiert sind, wie in Abbildung 5dargestellt.</li>
	<li>Testen Sie die Konnektivität des Diagnose-Tools nach außen vor der Versiegelung der Kammers.</li>
	<li>Verwenden Sie das integrierte Facility-Steuerelement, um die Kammer zu versiegeln.</li>
	<li>Schalten Sie die Vakuumpumpen in kaskadierende Reihenfolge beginnend aus den trockenen Pumpen (bis die Kammer 1 erreicht Pa), Turbo-Molekularpumpen (bis ca. 5 x 10-4 Pa erreicht), und dann die kryogenen Pumpen. Hinweis: PSAC bleibt Pumpe bis Hochvakuum (< ~ 10-5 Pa) um Raum Umgebung zu simulieren. Das Protokoll kann hier angehalten werden.</li>
	<li>Verwenden Sie die entwickelten apps, um die Geräte mit dem Wireless-Transponder in der Kammer zu synchronisieren. Die Synchronisierung ist abgeschlossen, wenn die Leuchtdiode (LED) auf dem Transponder aufhört zu blinken.</li>
	<li>Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, nehmen Sie eine erste Lesung (analoge Spannung) aus der Laser-Wegsensor als Grundlage.</li>
	<li>Verwenden Sie die entwickelte app auslösen, die Senkung der ein Gewicht (der eine genau bekannte und kalibrierten Masse Kupfer Schleife) für die Übersetzung der Kraft auf der Quadfilar Bühne. Hinweis: Die Masse jeder Kupfer Schleife richtet sich nach der gewünschten Empfindlichkeit der Quadfilar Stufe verwendet wird. In diesem Fall war die Masse jeder Kupfer Schleife in der Größenordnung von 100 mg für das erweiterte Kalibrierung Regime und 10 mg für die Feinkalibrierung Regime. Sehen Sie die repräsentative Ergebnisse für weitere Informationen.</li>
	<li>Rekord ist die Verschiebung (analoge Spannung) von der Laser-Wegsensor wenn es ausgelöst wird, nachdem die Masse vollständig abgesenkt wird und sein Gewicht in eine horizontale Kraft übersetzt.</li>
	<li>Wiederholen Sie den Vorgang (Schritte 1.7 und 1.8) Senkung der Gewichte und der Verschiebung der Quadfilar Bühne aufzeichnen, bis alle Kalibrierungen Gewichte erweitert werden. Alle Gewichte werden automatisch in die Gleichgewichtslage durch die Kalibriereinheit zurückgegeben werden, nachdem die Sequenz abgeschlossen ist, damit kann die Quadfilar Bühne, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, bevor Thruster abgefeuert werden kann. Speichern der Kalibrierfaktor ( Datei | Speichern als | "Factor.txt").</li>
	<li>Ziehen einer Kalibrierkurve Erlangung der Kalibrierfaktor für das System auf der Quadfilar Bühne, wo der Kalibrierfaktor (in mN/V) beträgt die Steigung des Graphen Kraft/Spannung.</li>
	<li>Zeichnen Sie eine Grundlinie analoge Spannung von der Laser-Wegsensor wieder vor dem Brand des Thrusters.</li>
	<li>Aktivieren Sie die in-situ MATLAB-Programm zur Berechnung der Schub sofort mit Gleichung 3 (siehe die repräsentativen Ergebnisse) und Eingabe der Kalibrierfaktor im Schritt 1,9 abgeleitet ( Datei | Offen | "Factor.txt").</li>
	<li>Die Triebwerke können dann wieder entlassen werden. Erfassen Sie die gewünschten Parameter in Echtzeit mit dem betriebsinternen Daten-Übernahme-Programm. Hinweis: Alternativ eine integrierte app lässt sich vollständig automatisieren die Kalibrierung während der Betätigung Sequenz von Motoren und Datenerfassung von den Sensoren entsprechend synchronisieren.</li>
</ol>(2) null Messprotokoll für unabhängige Schub Überprüfung
<ol><li>Zuerst nehmen Sie eine Grundlinie (analoge Spannung) Lesung (aus der Laser-Wegsensor) des Thruster in Ruhelage.</li>
	<li>Betriebsparameter auf gewünschte Werte aus der Thruster-Systemsteuerung wechseln und den Thruster Feuer.</li>
	<li>Sobald der Thruster ausgelöst wird, warten Sie auf die Schwingungen des Quadfilar Pendels zu stabilisieren.</li>
	<li>Nachdem der Quadfilar zu einem ursprünglichen Zustand stabilisiert hat, verwenden der Control-app für das null-Messsystem auslösen, die Senkung der Gewichte. Lesungen aus der Laser-Wegsensor sind gleichzeitig überwacht. Die Gewichte sind ständig abgesenkt, bis die Quadfilar Bühne, wieder ins Gleichgewicht betätigt wird.</li>
	<li>Sobald die Gleichgewichtslage erreicht ist, kündigen Sie die Betätigung-Sequenz, und bestimmen Sie die erforderliche Kraft, um das Quadfilar-System wieder ins Gleichgewicht zu bringen.</li>
	<li>Lösen Sie einen Stopper-Block um die Quadfilar Bühne bewegen zu stoppen.</li>
	<li>Berechnen Sie die Masse entspricht die horizontale Kraft erforderlich, um das System wieder ins Gleichgewicht zu ziehen.</li>
</ol>(3) Betätigung des Roboter-Türmchen für in-situ Geodaten sensing und Fahne profilometry
Hinweis: Während des Betriebs des Thruster können ein Operator zu betätigen das System manuell in den gewünschten Winkel zu erhalten Plume Merkmale an besonderen Orten oder eine automatisierte Sequenz auslösen.
<ol><li>Montage des Thrusters auf einer beweglichen Bühne (wie im Fall der PSAC) vor Beginn des Experiments.</li>
	<li>Aktivieren Sie die Stop-Bar-Mechanismus verhindern, dass die Bühne Betätigung während des Experiments.</li>
	<li>Auslösen der Messprotokolle und Servo Motor zu die Sonde um die 0 °-Stellung zu betätigen.</li>
	<li>Erwerben Sie eine Messung von der Sonde. Hinweis: Je nach Art der Sonden installiert, können die Messverfahren gemäß der programmierbare Reihenfolge für den Erhalt der komplette räumliche Plume Profile der Entlastung variiert werden. (a) wenn eine Faraday-Sonde montiert ist, wird eine Lesung aus einem Quelle Meter genommen (wo bei einer Neigung von-30 V kontinuierlich auf die Schutzringe angewendet wird). (b) wenn eine Langmuir-Sonde montiert ist, eine Wellenform Sägezahn Spannung wird an der Sonde geliefert und die-V Eigenschaften sind erhalten und interpretiert. (c) wenn eine RPA montiert ist, eine Wellenform Sägezahn Spannung auf das unterscheidende Raster angewendet wird, und -V Eigenschaften sind erhalten und interpretiert.</li>
	<li>Lösen Sie die Servo-Motor mit den Mikrocontroller, der nächste Winkelposition bewegen wo die Sonde Sequenz ausgelöst wird, eine Messung wieder aus.</li>
	<li>Speichern Sie die Messungen in individuell markierten Arrays in einer Datenmatrix.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.5 und 3.6 bis eine vollständige fegen bis zu 180° ausgeführt wurde, und die Sonde wird auf 0° zurückgebracht.</li>
	<li>Die gespeicherten Daten zu analysieren.</li>
</ol>

Die Autoren erklären keine finanziellen oder sonstigen Interessenskonflikte.

Typical Hall-Typ Triebwerke44 sind relativ einfach, billig und hocheffiziente Geräte, die eine Ionen-Fluss, die Geschwindigkeiten von mehreren zehn km/s, Bereitstellung von Schub beschleunigen könnte erforderlich für beschleunigte Satelliten und Raumfahrzeuge sowie für manövrieren, Ausrichtung, Position und Lageregelung, und am Ende ihrer Lebensdauer Betrieb de-Orbit. Anwendung der Halle Triebwerke auf Satelliten und anderen orbitalen Nutzlasten Mission Leben verbessern ermöglichen orbital Transfe...

Erneuertes Interesse an der Raumfahrt hat teilweise durch hocheffiziente elektrische Antriebssysteme katalysiert wurden, liefern verbesserte Mission Fähigkeiten zunehmend eingeschränkter Start kostet1,2,3. Viele verschiedene Gerätetypen Raum Elektroantrieb vor kurzem vorgeschlagen worden und getesteten4,5,6,7,8 unterstützt durch das heutige Interesse im Raum Exploration9,10. Darunter sind gerasterten Ionen-11,12 und Halle-Typ Triebwerke13,14 von primärem Interesse aufgrund ihrer Fähigkeit, sehr hohen Wirkungsgrad von ca. 80 %, als irgendwelche chemischen Thruster zu erreichen, inkl. der effizientesten Sauerstoff-Wasserstoff-Systeme die Effizienz von denen beschränkt sich auf ca. 5000 m/s durch den Auftraggeber, die physikalischen Gesetze15,16,17,18.
Umfassende und zuverlässige Prüfung der miniaturisierte Raum Triebwerke in der Regel erfordert einen großen Komplex von Prüfeinrichtungen, die enthalten Prüfkammern, Vakuum-Anlagen (Pumpen), Kontrolle und Diagnose-Instrumente, ein System zur Messung der Plasmaparameter 19und eine breite Palette von Zusatzgeräten, die den Betrieb der Thruster, wie eine elektrische Stromversorgung, Treibmittel Versorgungseinheit, nachhaltig Messung Stand und viele andere Schub20,21. Darüber hinaus eine typische Raum Antrieb Thruster besteht aus mehreren Einheiten, die separat die Effizienz beeinflussen und Lebensdauer der gesamten Schub System, und könnte daher getestet, sowohl einzeln als auch als Teil der Thruster Montage22, 23. Erheblich erschwert Testverfahren und impliziert Langtest Perioden24,25. Zuverlässigkeit von einem Thruster Kathode Einheit sowie Betrieb der Triebwerke bei verschiedenen Treibmittel verwendet werden erfordert auch besondere Berücksichtigung26,27.
Zur Leistung des elektrischen Antriebssystems zu quantifizieren, und um Module für den operativen Einsatz im Weltraum-Missionen zu qualifizieren Boden Testeinrichtungen, die Simulation von realistischen Raum ermöglichen werden Umgebungen benötigt für die Prüfung von Multi-skaliert Antrieb Einheiten,28,29,30. Ein Beispiel eines solchen Systems ist ein großer skalierte Raum Umwelt Simulationsschrank befindet sich im Space Propulsion Centre-Singapur (SPC-S, Abb. 1a, b)31. Bei der Entwicklung von solch einer Simulationsumgebung müssen die folgenden primären und sekundären Überlegungen berücksichtigt werden. Hauptanliegen sind, dass die so erstellten Raum Umwelt genau und zuverlässig eine realistische Weltraum Umgebung simulieren muss und die integrierten Diagnosesystemen müssen präzise und genaue Diagnose während Leistungsbewertung eines Systems. Sekundäre Bedenken sind, dass der simulierte Raum Umgebungen müssen hochgradig anpassbare ermöglichen schnelle Installation und Prüfung von verschiedenen Antriebs- und Diagnosemodule und die Umwelt muss Platz für hohen Durchsatz Tests zur Optimierung Entlastung und Betriebsbedingungen mehrere Einheiten gleichzeitig.
Space-Umwelt-Simulatoren und pumpenden Einrichtungen
Hier zeigen wir zwei Simulationseinrichtungen bei SPC-S, die umgesetzt wurden für die Prüfung von miniaturisierten elektrischen Antriebssystemen, sowie integrierte Module. Diese beiden Einrichtungen sind von verschiedenen Maßstäben und in erster Linie haben unterschiedliche Rollen in den Prozess der Leistungsbewertung, wie unten beschrieben.
Großen Raum Betätigung Plasmakammer (PSAC)
Die PSAC hat Abmessungen von 4,75 m (Länge) x 2,3 m (Durchmesser) und verfügt über ein Vakuum Pumpen Suite umfasst zahlreiche leistungsfähige Pumpen arbeiten im Tandem. Es ist in der Lage zu einem Basisdruck niedriger als 10-6 PA. Es hat eine integrierte Vakuumregelung auslesen und Pumpe Aktivierung/Spülsystem für Räumung und Säuberung der Kammer. Es verfügt über zahlreiche anpassbare Flansche, elektrische Durchführungen und visuelle Diagnose Bullaugen, Line-Test-Anlage zur Verfügung zu stellen. Dies, ermöglicht zusammen mit eine vollständige Suite von Diagnosefunktionen intern montiert es, für Multi-modale Diagnostik schnell geändert werden. Das Ausmaß der PSAC ermöglicht auch für die Prüfung der vollständig integrierte Module für Anwendungen in einer simulierten Umgebung.
PSAC ist die SPC-S Flaggschiff Raum Umwelt Simulationsanlage (Abbildung 1 c, d). Seine schiere Größe ermöglicht eine Prüfung der kompletten Modulen von bis zu ein paar U auf der Bühne eine Quadfilar montiert. Der Vorteil dieser Methode wäre in der Echtzeit-Visualisierung wie die Propulsion Module montiert auf unterschiedliche Nutzlasten beeinflussen können an Ort und Stelle rangieren von Nutzlasten im Raum. Dies wird durch die Montage simuliert und Aussetzung der die gesamte Nutzlast auf eine proprietäre Quadfilar Schub Messplattform. Der Thruster kann dann abgefeuert werden, und die ausgesetzte Plattform mit dem Bugstrahlruder und Nutzlast würde je nach Platzverhältnissen getestet werden. Treibgas-Rohstoffe, die die Testumgebung über Elektroantrieb-Module geben Sie sind effizient abgepumpt durch die Vakuum-Suite um sicherzustellen, dass der Kammer Gesamtdruck nicht so verändert, ist eine realistische Weltraum Umwelt32 ,33,34. Darüber hinaus elektrische Antriebssysteme in der Regel umfassen die Produktion von Plasmen und nutzen die Manipulation der Flugbahnen von geladenen Teilchen, die das System verlassen, um Schub35zu generieren. In kleineren Simulationsumgebungen, die Anhäufung von Ladung oder Plasma Hüllen an der Wand beeinträchtigen die Austragsleistung durch Plasma-Wand-Interaktionen aufgrund seiner Nähe zum Antriebssystem, speziell für Micropropulsion wo typische Schub Werte sind in der Reihenfolge der Millinewtons. Daher müssen besondere Aufmerksamkeit und Nachdruck erfolgen abzurechnen und Beiträge von solchen Faktoren36zu marginalisieren. Die PSAC Größe minimiert Plasma-Wand-Interaktionen, wodurch sie vernachlässigbar, geben eine genauere Darstellung der Entlastung Parameter und eine Überwachung von Plume Profilen in Elektroantrieb Module ermöglichen. Die PSAC dient in der Regel im vollen Modul Auswertung und Systeme Integration/Optimierungsprozesse ermöglicht eine schnelle Übersetzung von Thruster Prototypen betriebsbereit Systeme für Boden Tests in Vorbereitung auf Platz Qualifikation.
Skalierte Plasma Raum Umgebungssimulator (PSEC)
Die PSEC hat die Maße 65 cm x 40 cm x 100 cm und hat ein Vakuum pumpende-Suite umfasst sechs leistungsfähige Pumpen arbeiten im Tandem (trockene Vakuumpumpe, Turbomolekularpumpe und Cryo-Vakuum-Pumpen). Es ist in der Lage, ein Basisdruck niedriger als 10-5 Pa zu erreichen, wenn das ganze System Pumpen in Betrieb ist (alle Pumpen sind im Einsatz). Druck und Treibmittel Ströme werden überwacht Echtzeit über integrierte Massenstrom Auslesen Boxen und Manometer. Die PSEC ist in erster Linie in Belastungstests der Triebwerke eingesetzt. Triebwerke sind für längere Zeit, um die Auswirkungen von Plasma Schaden auf Entladungskanäle und seine Lebensdauer gefeuert. Darüber hinaus, wie in Abbildung 2dargestellt, eine komplexe Flow Controller Gasnetz in dieser Anlage ermöglicht schnelle Verbindung von anderen Rohstoff Treibmittel, die Kathoden und Anoden, Kompatibilität der Triebwerke mit neuartigen Treibmitteln und Auswirkungen zu testen die Letztere auf Thruster Leistung. Dies ist der gestiegene Interesse an Forschungsgruppen arbeiten an "luftatmenden" elektrische Triebwerke unter Verwendung neuartiger Treibmittel während des Betriebs.
Integrierte Diagnosemöglichkeiten (multimodale Diagnostik)
Verschiedene integrierte Diagnosemöglichkeiten, ausgestattet mit automatisierten integrierte Robotersysteme (AIRS-µS)19,23, entstanden für die beiden Systeme in PSEC und PSAC Diagnostik in verschiedenen Maßstäben und Zwecken gerecht zu werden.
Integrierte Diagnose in PSEC
Diagnosetools in PSEC hängen im Wesentlichen von Echtzeit-Überwachung von Entlastung durch erweiterte Operationen. Das Qualitätsmanagement-System überwacht Restgas in der Anlage für Kontaminanten Arten, die entstehen durch Sputtern von Material während einer Entladung. Diese Spuren sind im Laufe der Zeit auszuwertende Erosionsraten von der Entlastungskanal und Elektroden von der Thruster der Thruster Lebensdauer abzuschätzen quantitativ überwacht. Das optische Emissionen-Spektrometer (OES) ergänzt dieses Verfahren durch die Überwachung der Spektrallinien, die entsprechende elektronische Übergänge von Kontaminanten Arten durch Erosion, wie Kupfer aus der Elektronik. OES ermöglicht auch nicht-invasive Plasmadiagnostik und aktives monitoring der Plume-Profil, das Leistung des Thruster qualitativ bewertet. Schließlich wird eine Roboter-Faraday-Sonde, die ferngesteuert oder völlig autonomen Modus gesetzt werden kann verwendet, um schnelle fegt der Plume Profil zur Kollimation des Strahls durch parametrisch unterschiedlicher Entladungsbedingungen (Abbildung 3) Optimierung ableiten.
Integrierte Diagnose in PSAC
Der Luxus des physischen Raums in der PSAC ermöglicht die Installation mehrerer Thruster Systeme an verschiedenen Standorten aufgrund seiner modularen Bauweise ermöglicht Plug-und-Play-wie Installation für verschiedene Diagnosen gleichzeitig. Abbildung 4 zeigt die interne Querschnitt die PSAC in verschiedenen Konfigurationen mit voll gefedert Quadfilar Schub Messplattform wird seine bemerkenswerte und dauerhafte Befestigung. Turmsysteme, autonom gesteuert oder drahtlos über Android apps mit Mikrocontrollern und Bluetooth-Module, dann montiert werden auf modulare Weise mit Blick auf den Thruster Eigenschaften der Feder durch die Installation von verschiedenen Sonden wie Faraday, Langmuir und hemmen mögliche Analyzer (RPA). Auch in Abbildung 4 dargestellt, ist die Fähigkeit der PSAC für konfigurierbare Montage der Thruster Systeme zur gleichzeitigen Schnelldiagnostik von verschiedenen Plasmaparameter ermöglichen. Die Triebwerke können in einer einzelnen Spalte vertikal montiert werden und getestet schnell, einer nach dem anderen, Interaktionen zwischen den verschiedenen Thruster-Systemen zu vermeiden. Es wurde nachgewiesen, dass effiziente Auswertung von bis zu 3 verschiedene Module auf eine einzelne Instanz möglich ist, so deutlich reduziert die Ausfallzeit während der Evakuierung und Bereinigung Prozesse erforderlich sonst beim Systeme einzeln zu testen. Auf der anderen Seite ist dieses System eine wertvolle Gelegenheit zum Testen der Thruster-Assemblys, die Arbeiten sollten in einem Haufen auf dem gleichen Satelliten. Die Triebwerke können in einer einzelnen Spalte vertikal montiert werden und getestet schnell, einer nach dem anderen, Interaktionen zwischen den verschiedenen Thruster-Systemen zu vermeiden. Es wurde getestet, um bei der Bewertung von bis zu 3 verschiedene Module auf einer einzelnen Instanz, deutlich weniger Ausfallzeiten während der Evakuierung und Bereinigung Prozesse erforderlich sonst beim Testen der Systeme individuell wirksam zu sein.
Es ist wichtig, den Schub in Micropropulsion Systemen genau so zu bestimmen, dass Parameter wie Effizienz, ηEff und der spezifische Impuls ichsp, korrekt sind, damit, so dass eine zuverlässige Darstellung der Abhängigkeit der Thruster Leistung auf verschiedenen Eingabeparametern wie den Treibsatz Fluss und die Stromversorgung zu den verschiedenen Endgeräten die Triebwerke, wie in den Gleichungen 1 und 2 dargestellt. Explizit, dreht sich Leistungsbewertung der Micropropulsion Systeme in der Regel um die Messung des Schubes erzeugt aus dem System an verschiedenen Betriebsparameter. Performance-Auswertung-Systeme müssen daher entsprechend eine Reihe von Standards kalibriert werden, bevor Sie in die Raum-Umgebung für den Einsatz in der Diagnostik und Tests, um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit19installiert wird.
<img alt="Quanteneffizienzgleichung, ηeff=T²/2mP, Formeldarstellung für die Analyse optischer Systeme." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq1.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 1">
<img alt="Spezifische Impulsgleichung \( I_{sp} = \frac{T}{mg} \) Formel, Antriebsanalysediagramm." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq2.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 2">
Typische Systeme beschäftigen Kraft Kalibrierung extern vor Schub Maßeinheiten in der Test-Umgebung38installiert sind. Aber solche Systeme berücksichtigen nicht für die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften der Kalibrierstandards Raum-Umgebungen und für Elektro-, Vakuum und thermische Einflüsse auf den Abbau der kalibrierten Standards im dynamischen Verlauf Leistungsbewertung von der Triebwerke. Die automatische drahtlose Kalibriereinheit in Abbildung 5dargestellten ermöglicht auf der anderen Seite für in-situ Kalibrierung des Systems in der simulierten Umgebung, bevor der Thruster in Betrieb ist. Dies die dynamischen Effekte der Testumgebung auf der Bühne Messung entfallen, und ermöglicht eine schnelle Re-Kalibrierung des Systems vor der Zündung der Triebwerke. Das System verfügt auch über eine symmetrische modulare null Schub Überprüfung Einheit, die die Ausrichtung unabhängig überprüft. Betrieben wird es während der Thruster für in situ Analyse von der abgeleiteten ist Schübe von bestimmten Bedingungen zu entladen. Der gesamte Prozess erfolgt über MATLAB-Anwendungen, so dass Anwender sich auf Optimierung der Hardware und Design von Antriebssystemen, und beschleunigt die Prüfung solcher Systeme. Details dieser Methode würde im folgenden Unterabschnitt ausgearbeitet werden.

<table><tbody><tr><td>Arduino Mikrocontroller</td><td>Arduino</td><td>Arduino Uno Rev 3</td><td></td></tr><tr><td>Bluetooth-Kommunikationsgerät</td><td>SG Botic</td><td>WIR-02471</td><td></td></tr><tr><td>Kryopumpe</td><td>ULVAC</td><td>CRYO-U12HLE&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Digitales Oszilloskop</td><td>Yokogawa</td><td>DLM 2054</td><td></td></tr><tr><td>Trockenlaufende Pumpe</td><td>Agilent</td><td>Triscroll-600</td><td></td></tr><tr><td>Hochauflösender Laser-Wegmesssensor</td><td>Micro-Epsilon</td><td>optoNCDT ILD-1420-50</td><td></td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>MKS</td><td>MKS M100B</td><td></td></tr><tr><td>Optisches Emissionsspektrometer</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS2048XL-EVO</td><td></td></tr><tr><td>Servomotor</td><td>Tower Pro</td><td>Servomotor SG90</td><td></td></tr><tr><td>Schrittmotor</td><td>Orientalischer Motor</td><td>PKP213D05A</td><td></td></tr><tr><td>Turbomolekularpumpe</td><td>Pfeiffer</td><td>ATH-500M</td><td></td></tr></tbody></table>

optimierung, test und diagnose von miniaturisierten hall triebwerke

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Miniaturisierte Raumfahrzeuge und Satelliten erfordern intelligente, hocheffiziente und langlebige Low-Schub Triebwerke, in der Lage, erweiterte, zuverlässiger Betrieb ohne Anwesenheit und Anpassung. Thermochemische Triebwerke die thermodynamische Eigenschaften von Gasen als Mittel zur Beschleunigung verwenden müssen körperliche Einschränkungen auf ihren Auspuff Gasgeschwindigkeit, geringe Effizienz. Darüber hinaus diese Motoren zeigen extrem geringen Effizienz in kleinen Schüben und möglicherweise ungeeignet für kontinuierlich Betriebssysteme die Echtzeit-adaptive Regelung der Raumsonde Ausrichtung, Geschwindigkeit und Position zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz dazu müssen elektrische Antriebssysteme, die elektromagnetische Felder verwenden, um ionisierte Gase (z.B. Plasmen) beschleunigen keine körperliche Einschränkung in Bezug auf die Auspuff-Geschwindigkeit, so dass praktisch jedem Masse Effizienz und spezifische Impuls. Low-Schub Hall Triebwerke haben eine Lebensdauer von mehreren tausend Stunden. Ihre Entlastung Spannungsbereichen zwischen 100 und 300 V, bei einer Nennleistung von < 1 kW. Sie variieren von 20 bis 100 mm groß. Großen Saal Triebwerke können Bruchteile von Millinewton Schub geben. In den letzten Jahrzehnten gab es ein zunehmendes Interesse in geringe Masse, low-Power und hocheffiziente Antriebssysteme zu Laufwerk Satelliten von 50-200 kg. In dieser Arbeit werden wir zeigen, wie zu bauen, zu testen und zu optimieren eine kleine (30 mm) Halle Thruster in der Lage ist, treibt einen kleinen Satelliten mit ca. 50 kg. Wir zeigen den Thruster in einem großen Raum-Umwelt-Simulator in Betrieb, und beschreiben, wie Schub gemessen wird und elektrischen Parameter, einschließlich Plasma Merkmale erhoben und verarbeitet, um wichtige Thruster Parameter zu bewerten. Wir zeigen auch, wie der Thruster optimiert ist, um zu machen, eines der effizientesten kleine Triebwerke, die jemals gebaut wurde. Wir werden auch die Herausforderungen und Chancen durch neue Thruster Materialien ansprechen.

Kalibrierverfahren Schub und Schub Leistungsbewertung
Bewertung der Schub Werte aus der Quadfilar Schub-Messung-Bühne kommt in zwei Phasen. Die erste Phase ist durch den Erwerb Kalibrierfaktoren von der automatisierten drahtlose Kalibriereinheit auf der rechten Seite der Abbildung 5gezeigt. Bei dieser Kalibrierung sinken feine Gewichte über eine glatte Polytetrafluorethylen-Bar die ...

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zum Testen und optimieren Platz Antriebssysteme basierend auf miniaturisierte Hall-Typ-Triebwerke.

Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

Das übergeordnete Ziel dieser Präsentation ist es, die Methodik bei der Erprobung von spezialisierten elektrischen Antriebsstrahlern in einer bodengestützten Raumumgebungssimulationsanlage zu präsentieren. Die beteiligten Methoden verfügen über automatisierte Systeme, die Hardware-Software-Integration zur Realisierung intelligenter Systeme für die automatisierte oder Ferndiagnose und Leistungsbewertung von Antriebsmodulen und anderen Nutzlasten im Weltraum beinhalten. Das Space Propulsion Center, Singapur, ist ein Forschungszentrum am National Institute of Education der Nanyang Technological University, Singapur.Die hier entwickelten Testumgebungen umfassen zwei Raumumgebungssimulationseinrichtungen für unterschiedliche Zwecke. Der skalierte Raumumgebungssimulator wird in erster Zeit bei der Lebensdauerprüfung von Triebwerkern eingesetzt. In dieser Anlage werden Schubdüsen für längere Zeit abgefeuert, um die Auswirkungen von Plasmaschäden auf Notkanäle zu bewerten.und anschließend die Lebensdauer der Triebwerke abzuleiten. Die quadfilare Schwebebühne ermöglicht eine korrekte Visualisierung, wie die Antriebsmodule, wie sie auf unterschiedlichen Nutzlasten montiert sind, das In-situ-Manöver im Raum beeinflussen können. Dies wird durch die Montage und Aufhängung der gesamten Nutzlast des schwebeichen Systems simuliert.Die Strahler können dann abgefeuert werden und die aufgehängte Plattform, auf der die Module montiert sind, wird entsprechend den Bedingungen im Raum betätigt. Das Quadfilar-Pendel beschleunigt auch den Prozess der Nivellierung, Kalibrierung und Installation von Düsen und Modulen für Tests in der Raumumgebung. Bei diesem Setup wird in der Prüfanlage nur ein Bediener benötigt, um die Frequenzmodulation an den Torsionsdrähten zu nutzen, das gesamte System zu nivellieren und zu kalibrieren.Im großflächigen Raumumgebungssimulator neben der quadfilaren Schubstufe, die die In-situ-Ableitung von Schub ermöglicht, können modulare räumlich betätigte Robotersonden auch für die Montage durch konfigurierbare Befestigungseinheiten angepasst werden. Es ist auch erwähnenswert, dass die große Space Environment Facility verfügt über zahlreiche Befestigungspunkte und Vakuumgriff elektronische Filter für die Installation von Mehreren Strahler n und Diagnosegeräte für die gleichzeitige Leistungsbewertung zu ermöglichen. Dies reduziert die Ausfallzeiten, die bei der Evakuierung und dem Pumpen der Kammer während der Einbau- und Neukonfiguration sende, wenn die Prüfung einzeln durchgeführt werden sollte.Wir werden nun die Verfahren für die Installation und Kalibrierung des Quadfilarpendels vor der Prüfung von Antriebseinheiten durchlaufen. Stellen Sie zunächst sicher, dass alle Komponenten nach Bedarf für die nachfolgende Prüfung in der Kammer installiert sind. Testen Sie die Konnektivität der Diagnosewerkzeuge extern, bevor Sie die Kammer versiegeln.Verwenden Sie die integrierte Anlagensteuerung, um die Kammer zu versiegeln. Schalten Sie die Vakuumpumpen in Kaskadenreihenfolge ab den Trockenpumpen, Turbomolekularpumpen und dann den kryogenen Pumpen ein. Verwenden Sie die entwickelten Apps, um Ihre Geräte mit den drahtlosen Transpondern in der Kammer zu synchronisieren.Der Synchronisationsprozess ist abgeschlossen, wenn die blinkende LED an den Transpondern nicht mehr blinkt. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist und der Laserverschiebungssensor als Basis aus dem ersten Messwert genommen wird. Verwenden Sie die entwickelte App, um die Absenkung eines kalibrierten Gewichts für die Kraftübersetzung auf der Quadfilar-Stufe auszulösen.Zeichnen Sie die Verschiebung vom Laserverschiebungssensor auf. Wiederholen Sie den Vorgang der Senkung der Gewichte und der Aufzeichnung der Verschiebung Quadfilar-Stufe, bis alle Kalibriergewichte verbraucht sind. Zeichnen Sie eine Kalibrierkurve, um den Kalibrierfaktor für das auf der Quadfilar-Stufe installierte System zu erhalten.Die Triebwerke können dann abgefeuert werden und die gewünschten Parameter können in Echtzeit durch Datenerfassungsprogramm von Hausforschern geschrieben erfasst werden. Alternativ kann eine integrierte App verwendet werden, um den Kalibrierungsprozess vollständig zu automatisieren und gleichzeitig die Betätigungssequenz von den Motoren und die Datenerfassung von den Sensoren entsprechend zu synchronisieren. Wir werden nun die Verfahren zur unabhängigen Überprüfung der erhaltenen Schubparameter bis zu einer Nullmessung durchlaufen und wie ein räumlich betätigter Proxy ausgelöst werden kann, um nach den Schubmessungen Federprofile zu erhalten.Nehmen Sie zunächst einen Basiswert des Quadfilars in der Gleichgewichtsposition. Schalten Sie die Betriebsparameter aus dem Schubregler auf die gewünschten Werte um und feuern Sie den Schubstrahler ab. Sobald das Vertrauen ausgelöst wurde, warten Sie, bis sich die Schwingungen auf dem Quadfilarpendel stabilisieren.Verwenden Sie nach der Stabilisierung die Steuerungs-App für das Nullmesssystem, um die Gewichtsabsenkung auszulösen. Die Gewichte werden kontinuierlich abgesenkt, bis die Quadfilarstufe wieder ins Gleichgewicht gebracht wird. Sobald die Gleichgewichtsposition erreicht ist, wird die Betätigungssequenz beendet und die Kraft bestimmt, die erforderlich ist, um das Quadfilarsystem wieder ins Gleichgewicht zu bringen.Ein Stopperblock wird dann ausgelöst, um zu verhindern, dass sich die Quadfilar-Stufe bewegt. Anschließend wird auf der Raummesssondenhalterung eine Kehrsequenz durchgeführt. Eine synchronisierte Sequenz wird in einer Schleife durchlaufen, um Daten vom Prüfpunkt an jeder räumlichen Position zu erfassen, und in einem Array gespeichert, das entsprechend analysiert werden soll.Andere Sonden können so angepasst werden, dass sie auf dem modularen Anbau montiert werden, um räumliche Informationen auf den Federprofilen zu verwenden. In diesem Abschnitt werden wir typische Ergebnisse aus einer Kalibrierungssequenz sowie typische Federprofile durch einen Faraday-Sonden-Sweep durchgehen. Die Kalibrierung des Quadfilarschubs zur Messstufe erfolgt durch den Einsatz des für das Übersetzungssystem angetriebenen Sondenmotors.Um die Kalibrierfaktoren abzuleiten, die für die Ableitung des Schubs während der experimentellen Aufgabe erforderlich sind. Eine Sequenz, die von einem Bediener eines automatisierten Programms ausgelöst wird, um Feinkalibrierungsgewichte zu senken, die vertikal wirken und horizontal übersetzt, um die Betätigung zu simulieren, wenn der Schubstrahl erlöst wird. Die Messwerte eines hochauflösenden Laserverschiebungssensors werden in jedem Intervall durchgeführt und eine Kalibrierkurve gezeichnet, um den Kalibrierfaktor für nachfolgende Messungen am System zu erhalten.In dieser Abbildung sehen wir eine typische Kalibrierkurve, die während eines einzelnen automatisierten Kalibrierungsprozesses gezeichnet wird. Wie man sieht, führt die richtige Ausrichtung und Einrichtung der Quadfilar-Stufe zu einem sehr linearen Kalibrierdiagramm, das einen Kalibrierfaktor von 27,65 Milli-Newton pro Volt ergibt. In einem standardisierten Aufbau für Schubmessungen über einen breiten Kraftbereich.Das Setup kann auch so geändert werden, dass es in Kalibriergewichte für erweiterte Regime passt, wie in diesem Kalibrierdiagramm dargestellt. Die Torsionsdrähte sind empfindlich eingestellt und sowohl Fein- als auch Kurskalibrierungsgewichte sind enthalten, um ein Kalibrierdiagramm zu ergeben, das in beiden Regimen linear ist. Eine Probe der In-situ-Messungen für abgeleiteten Schub ist in dieser Abbildung dargestellt.Diese Abbildung zeigt, wie ein Bediener in der Lage ist, die Abhängigkeit von Schub von der Entladungsspannung zu überwachen. Während des Experiments, bis die Entladung gelöscht ist. Mit Hilfe der Quadfilar-Schubmessstufe konnten wir den Schub des gesamten Schubsers bei verschiedenen Eingangsleistungen messen, die durch den Entladungsstrom und die angelegte Spannung gegeben wurden.Durch diese Informationen kann die Variation der Effizienz und spezifische Impulse in Bezug auf die Eingangsleistung erreicht werden. Diese Zahlen zeigen, wie der Schub und der spezifische Impuls mit der Eingangsleistung bei vier verschiedenen Massendurchflussraten variieren. Und diese Abbildung zeigt, wie die Effizienz von der Eingangsleistung abhängt.Die Ergebnisse zeigen, dass der Schubmotor optimiert wurde, um bei Eingangsleistung zu arbeiten, unter 100 Watt liegt, wobei niedrige Durchflussraten zu Einer Effizienz von fast 30% geführt haben. Nach dem Auslösen des Schubsers werden Nullmesssequenzen ausgelöst, um die vom System erhaltene Vertrauensstellung unabhängig zu überprüfen. Wenn der Schub abgefeuert wird, verschiebt sich die Stufe entsprechend der Größe des Antriebs, der aus dem System abgeleitet wird. Die Null-Messeinheit ist ein symmetrisches System, das gegenüber der Kalibriereinheit montiert ist, die ein ähnliches Kraftübersetzungssystem nutzt, um die Bühne wieder ins Gleichgewicht zu bringen.Ein Laserverschiebungssensor überwacht aktiv die Verschiebung während der Messung und löst das Aktivierungssystem aus, um eine Sequenz zu aktivieren, die erst endet, wenn das Ausgangsgleichgewicht erreicht wird. Ein Bediener ist auch in der Lage, die in situ-Plume-Profile zu visualisieren, wie in dieser Abbildung dargestellt. Diese Abbildung zeigt, wie die Entladungsleistung die Größe der Spitzen-Eisenstromdichte und die volle Breite bei maximal halber Maximaldichte beeinflusst.Physikalische Prozesse, die dem Plasma innewohnen, sind dafür bekannt, die Selbstorganisation und Selbstmontage während der Materialsynthese anzutreiben und zu steuern. bei QUT in Zusammenarbeit mit Plasmaquellen und Anwendungszentrum untersuchen wir, wie diese Bausteine unter den unterschiedlichen Plasmabedingungen geformt, geformt und an Oberflächen geliefert werden. Wir hoffen, dass wir durch das Verständnis, wie sich diese Plasma-Form-Nanostrukturen verhalten, in der Lage sein werden, Prozesse zu konzipieren, die eine rechtzeitige und effiziente Lieferung und Integration gewährleisten, nur um den Standort hinzuzufügen, an dem die Reparatur tatsächlich benötigt wird.Wir bieten uns einen Plasmaantrieb, der länger bedient und effizienter ist. In dieser Präsentation haben wir einen Überblick über die Überlegungen bei der Entwicklung einer Anlage zur Erprobung von Antriebssystemen und einsetzbaren Modulen in einer simulierten Raumumgebung vorgestellt. Darüber hinaus haben wir die Vielseitigkeit und Die Stärken des Einsatzes von Mikrocontroller-basierten Systemen für die In-situ-Datenerfassung und -analyse gezeigt, die je nach operativer Mission entsprechend schnell an andere Bewertungsmodi angepasst werden können.

optimization-test-and-diagnostics-of-miniaturized-hall-thrusters

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Das Ziel dieses Protokolls ist einzuführen das Design einer 100 kW-Klasse angewendet-Feld magnetoplasmadynamic Thruster und experimentellen Methoden.

Ein 100 KW-Klasse angewendet-Feld Magnetoplasmadynamic Thruster

Wir haben ein Simulationsmodell erstellt, um die Pumpenströmungseigenschaften und die Leistung der Einwellen-Koaxialmotor-Pumpenbaugruppe in elektrohydrostatischen Aktuatoren zu bewerten und den Gesamtwirkungsgrad unter einer Vielzahl von Arbeitsbedingungen der Motor-Pumpen-Baugruppe experimentell zu untersuchen.

Modellierung und experimentelle Analyse der Einwellen-Koaxialmotor-Pumpen-Baugruppe in elektrohydrostatischen Aktuatoren

Ein Simulationsmodell, das speziell das Vordesign einer elektrischen Verdrängerpumpe (EVDP) unterstützt, wird entwickelt und teilweise durch Experimente verifiziert. Die Steuerungsleistung, Lebensdauer, Zuverlässigkeit usw. können alle mit dem vorgeschlagenen Modell bewertet werden, das die wichtigsten Leistungsanforderungen im Rahmen der EVDP-Vorentwurfsaufgabe abdeckt.

Ein Modellierungs- und Simulationsverfahren zur Vorkonstruktion einer elektrischen Verdrängerpumpe

Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Die Technik der Femtosekunden-Vierwellenmischung wird beschrieben, einschließlich spektral aufgelöster und zeitaufgelöster Konfigurationen.  Wir veranschaulichen den Nutzen dieser Technik für die Untersuchung entscheidender physikalischer Eigenschaften in den III-V verdünnten magnetischen Halbleitern, die durch ihre Nichtlinearität und hohe zeitliche Auflösung ermöglicht werden.

Messung des Kohärenzzerfalls in GaMnAs mittels Femtosekunden-Vierwellenmischung

Ein Protokoll zur Herstellung von synthetischem Kernschmelzglas, ähnlich wie Trinitit, wird vorgestellt.

Herstellung von synthetischen Kernschmelzglas

Für diese Studie Synchrotronstrahlung Mikrotomographie, zerstörungs dreidimensionale Abbildungstechnik wird verwendet, um einen gesamten mikroelektronisches Gehäuse mit einer Querschnittsfläche von 16 x 16 mm zu untersuchen. Aufgrund der hohen Fluss und Helligkeit des Synchrotron wurde die Probe in nur 3 min mit einer 8,7 um räumliche Auflösung abgebildet.

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Ein Protokoll für die elektrochemische Prüfung einer aprotischen Li-O2 -Batterie mit der Vorbereitung von Elektroden und Elektrolyten und eine Einführung in die häufig verwendeten Methoden der Charakterisierung wird hier vorgestellt.

Protokoll der elektrochemischen Prüfung und Charakterisierung von aprotische Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Batterie

Superconducting Mikrowellenresonatoren sind von Interesse für die Erfassung von Licht, Quanten-Computing-Anwendungen und Materialcharakterisierung. Diese Arbeit stellt ein detailliertes Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von supraleitenden Mikrowellenresonator Streuparameter.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Ein Protokoll für die Flammengeschwindigkeiten eines reaktiven Mischung Messung besteht aus tetraiodine Nichtoxid (I 4 O 9) und Aluminium (Al) dargestellt. Verfahren zum Auflösen von Reaktionskinetik mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) wird ebenfalls vorgestellt. Es wurde festgestellt , daß ich 4 O 9 150% reaktiver als andere Iod (V) -oxide ist.

Reaktionskinetik und Verbrennungsdynamik von I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Und Aluminium-Mischungen

Erfahren Sie Methoden zur Optimierung und Diagnose miniaturisierter Hall-Triebwerke mithilfe automatisierter Testsysteme. Diese Technologie ermöglicht präzise Leistungsbewertung von Raumfahrtantrieben.

Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke

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