Name: Ein 100 KW-Klasse angewendet-Feld Magnetoplasmadynamic Thruster (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 47 s
Description: Erfahren Sie den Aufbau eines 100-kW-MPD-Triebwerks für Raumfahrtantriebe mit Anode, Kathode und Magnetspule. Diese Methode ermöglicht effiziente Tests elektrischer Plasmabeschleuniger.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde von der grundlegenden Research Program (Nr. unterstützt. JCKY2017601C). Wir freuen uns über die Unterstützung von Thomas M. York, emeritierter Professor an der Ohio State University.

1. Vorbereitung auf experiment
<ol><li>Installieren Sie das Bugstrahlruder.<ol>
<li>Wischen Sie die Komponenten der Thruster Withnon Staub Tuch, getränkt mit wasserfreiem Alkohol in einem Reinraum.</li>
		<li>Montieren Sie die Anode mit dem Isolator.</li>
		<li>Die Kathode, Kathode Halter und Kathode Stecker zusammenbringen.</li>
		<li>Die Anode Teil den Kathode Teil hinzufügen.</li>
		<li>Installieren Sie den mittleren Stecker in der Assemblage und befestigen Sie sie mit Schrauben (Hexagon Socket Head Schraube, M5 × 16).</li>
		<li>Die Spule Sitz im Experiment Plattform mit Gabelstapler zu etablieren.</li>
		<li>Legen Sie die Experiment-Plattform auf Führungsschiene der Vakuumkammer.</li>
		<li>Installieren Sie die Thruster auf der Spule.</li>
		<li>Die Anode und Kathode mit entsprechenden elektrischen Leitungen zu verbinden.</li>
		<li>Die Magnetspule mit der Spule Stromquelle zu verbinden.</li>
		<li>Die Wasserkühlung Rohre und Treibmittel Zuleitung mit der Thruster zusammenschließen.</li>
		<li>Verbinden Sie sich die Wasserkühlung Rohre mit der Spule.</li>
		<li>Die bewegliche Plattform innerhalb der Kammer und befestigen Sie der Hauptteil des Schubes stehen darauf zu installieren.</li>
		<li>Passen Sie die Position der radialen bewegliche Plattform, die Steuerleitungen des Thrusters zu machen und das Ziel miteinander übereinstimmen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Kalibrieren Sie den Schub Stand.<ol>
<li>Laden Sie verschiedene Gewichte (10 g, 50 g, 100 g, 200 g), eins nach dem anderen auf die Kalibriervorrichtung und Aufzeichnung der entsprechenden Ausgabe des Standes Schub.</li>
		<li>Entladen Sie die Gewichte eins nach dem anderen.</li>
		<li>Wiederholen Sie den Vorgang mindestens dreimal.</li>
		<li>Berechnung der elastischen Koeffizient der Schub stehen nach der Kalibrierdaten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Vakuumkammer zu evakuieren.<ol>
<li>Schließen Sie die Tür der Kammer.</li>
		<li>Starten Sie die mechanischen Pumpen.</li>
		<li>Die molekularen Pumpen zu starten, wenn der Hintergrund-Druck in der Kammer niedriger als 5 ist PA.</li>
		<li>Die kryogenen Pumpen zu starten, wenn der Hintergrund-Druck in der Kammer geringer als 0,05 ist PA.</li>
		<li>Warten Sie, bis des Drucks, 1 x 10-4 PA zu erreichen</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Zündung und Schub-Messung-Experiment
<ol><li>Heizen Sie den Thruster, wenn es der Luft ausgesetzt war.<ol>
<li>Die Aufnahme des Signals.</li>
		<li>Die Treibladung Massenstrom auf 40 mg/s festgelegt und halten für mindestens 20 Minuten liefern</li>
		<li>Schalten Sie die Kühlwasserversorgung.</li>
		<li>Die Arbeitsfrequenz der Kühlung Wasserpumpen bei 10 Hz eingestellt.</li>
		<li>Bewegen Sie die Schub-Stand in die Position weit von der Thruster.</li>
		<li>Hilfsenergie einschalten der Spule mit der Spulenstrom von 90 A.</li>
		<li>Hilfsenergie einschalten der Thruster mit dem Entladestrom von 240 A.</li>
		<li>Hilfsenergie einschalten der Zündung.</li>
		<li>Halten Sie den Thruster für mindestens 5 Minuten arbeiten.</li>
		<li>Schalten Sie die Thruster Stromquelle und Treibmittel Lieferung.</li>
		<li>Beenden Sie die Aufnahme.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schub-Messung<ol>
<li>Verschieben Sie die Schub-Stand aus der Thruster zur Position 550 mm.</li>
		<li>Die Aufnahme des Signals.</li>
		<li>Starten Sie die Treibladung Versorgung.</li>
		<li>Entzünden des Thrusters mit 90 A Spulenstrom und 240 A Entladestrom.</li>
		<li>Erhöhung der Spulenstrom bis 150 A.</li>
		<li>Erhöhung der Entladestrom bis 800 A.</li>
		<li>Erhöhung der Spulenstrom bis 230 A.</li>
		<li>Der Thruster schalten Sie aus, wenn der Ausgang der Schub Stand stabil wird.</li>
		<li>Die Treibladung Versorgung zu stoppen.</li>
		<li>Beenden Sie die Aufnahme.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>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).</li>
<li>Arakawa, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromagnetic+Effects+in+an+Applied-field+Magnetoplasmadynamic+Thruster%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+%26+Power%22%5BJournal%5D)">Electromagnetic Effects in an Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster.</a> Journal of Propulsion & Power. 8 (1), 98-102 (1992).</li>
<li>Myers, R., Lapointe, M., Mantenieks, M. MPD thruster Technology. Conference on Advanced SEI Technologies, , AIAA paper 91-3568 (1991).</li>
<li>Myers, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applied-field+MPD+thruster+performance+with+hydrogen+and+argon+propellants%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+%26+Power%22%5BJournal%5D)">Applied-field MPD thruster performance with hydrogen and argon propellants.</a> Journal of Propulsion & Power. 9 (5), 781-784 (1993).</li>
<li>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).</li>
<li>Lapointe, M., Strzempkowski, E., Pencil, E. High Power MPD Thruster Performance Measurements. AIAA paper 2004-3467, , (2004).</li>
<li>Tahara, H., Kagaya, Y., Yoshikawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+and+Acceleration+Process+of+Quasisteady+Magnetoplasmadynamic+Arcjets+with+Applied+Magnetic+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+and+Power%22%5BJournal%5D)">Performance and Acceleration Process of Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arcjets with Applied Magnetic Fields.</a> Journal of Propulsion and Power. 13 (5), 651-658 (1997).</li>
<li>Tahara, H., Kagaya, K., Yoshikawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Applied+Magnetic+Fields+on+Performance+of+a+Quasisteady+Magnetoplasmadynamic+Arc%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+and+Power%22%5BJournal%5D)">Effects of Applied Magnetic Fields on Performance of a Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arc.</a> Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 337-342 (1995).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+the+Effective+Voltage+in+Applied-Field+MPD+Thrusters%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Increasing the Effective Voltage in Applied-Field MPD Thrusters.</a> Journal of Physics D Applied Physics. 51, 085201(2018).</li>
<li>Myers, R., Mantenieks, M., Sovey, J. Geometric Effects in Applied-field MPD Thrusters. 21st International Electric Propulsion Conference, , AIAA paper 1990-2669 (1990).</li>
<li>Myers, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geometric+Scaling+of+Applied-Field+Magnetoplasmadynamic+Thrusters%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+and+Power%22%5BJournal%5D)">Geometric Scaling of Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters.</a> Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 343-350 (1995).</li>
<li>Mikelides, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applied-Field+Magnetoplasmadynamic+Thrusters%2C+Part+2%3A+Analytic+Expressions+for+Thrust+and+Voltage%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Propulsion+and+Power%22%5BJournal%5D)">Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters, Part 2: Analytic Expressions for Thrust and Voltage.</a> Journal of Propulsion and Power. 16 (5), 894-901 (2000).</li>
<li>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).</li>
<li>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).</li>
<li>Blackstock, A. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experiments+Using+a+25-kW+Hollow+Cathode+Lithium+Vapor+MPD+Arcjet%5BTitle%5D)+AND+%22AIAA+Journal%22%5BJournal%5D)">Experiments Using a 25-kW Hollow Cathode Lithium Vapor MPD Arcjet.</a> AIAA Journal. 8 (5), 886-894 (1970).</li>
<li>Krulle, G. Characteristics and local analysis of MPD thruster operation. AIAA Electric Propulsion and Plasmadynamics Conference. AIAA paper, , AIAA paper 1967-672 (1967).</li>
<li>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).</li>
<li>Wang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Target+thrust+measurement+for+applied-field+magnetoplasmadynamic+thruster%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Target thrust measurement for applied-field magnetoplasmadynamic thruster.</a> Measurement Science & Technology. 29, 075302(2018).</li>
<li>Tikhonov, V. B., Semenikhin, S. A., Brophy, J. R., Polk, J. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTikhonov%2C+VB+%22The+Experimental+Performance+of+the+100-kW+Li+MPDT+with+External+Magnetic%22">The Experimental Performance of the 100-kW Li MPDT with External Magnetic</a>. , IEPC-95-105 (1995).</li>
<li>Burkhart, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBurkhart%2C+JA+%22Low+environmental+pressure+MPD+arc+tests%22">Low environmental pressure MPD arc tests</a>. , AIAA paper 67-685 (1967).</li>
<li>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).</li>
<li>Malliaris, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+Quasi-Steady+MPD+Thrusters+at+High+Powers%5BTitle%5D)+AND+%22AIAA+Journal%22%5BJournal%5D)">Performance of Quasi-Steady MPD Thrusters at High Powers.</a> AIAA Journal. 10 (2), 121-122 (1972).</li>
<li>Knudsen, B. M. The Kinetic Theory of Gases (London:Methuen). , 26-27 (1950).</li>
<li>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).</li>
<li>Connolly, D., Sovie, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+background+pressure+on+magnetoplasmadynamic+thruster+operation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Spacecraft+and+Rockets%22%5BJournal%5D)">Effect of background pressure on magnetoplasmadynamic thruster operation.</a> Journal of Spacecraft and Rockets. 7 (3), 255-258 (1970).</li>
<li>Esker, D., Kroutil, J., Sedrick, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEsker%2C+D+%22Cathode+Studies+of+a+Radiation+Cooled+MPD+Arc+Thruster%22">Cathode Studies of a Radiation Cooled MPD Arc Thruster</a>. , AIAA paper 1970-1083 (1970).</li>
<li>Myers, R. Plume characteristics of MPD thrusters - A preliminary examination. 25th Joint Propulsion Conference, , AIAA paper 89-2832 (1989).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Dieses Protokoll beschreibt die Prozesse der Schub Messung eine 100 kW-Klasse angewendet Feld MPD Thruster, Zündung und Betrieb. Der springende Punkt bei der Gestaltung einer MPD-Thruster für optimale Leistung ist die Wahl der richtigen Konfiguration entsprechend der spezifischen Zielsetzung. MPD-Triebwerke mit konvergent-divergente Anode können Steady State in einem großen Betriebsbereich funktionieren. Jedoch möglicherweise die Leistung niedriger als das Bugstrahlruder mit divergierenden Anode. Die hohle Kathode, vor a...

MPD-Triebwerke sind bekannt für eine relativ hohe Schubkraft Dichte und einen hohen spezifischen Impuls1,2,3. Die typischen Schub Effizienz1 von MPD-Triebwerke ist jedoch relativ gering, vor allem mit Treibmitteln Edelgase4,5,6. Für die meisten MPD-Triebwerke wird ein Teil der Treibladung in Auslaßkammer aus einem Schlitz zwischen Anode und Kathode7,8 , mit dem Ergebnis injiziert, eine radiale Komponente ist ein Großteil der Tiefentladung. Um Schub zu erzeugen, müssen jedoch radial kinetische Effekte in axialer kinetische Bewegung mit einer physischen Düse oder eine magnetische Düse umgewandelt werden. Dementsprechend ist ein wesentliches Merkmal des neuen Design MPD Thruster, dass alle Treibmittel über der Kathode zugeführt wird, dienen kann, um radiale Entlastung zu hemmen; auf diese Weise kann der Anteil der axiale Energie erhöht werden. Es gibt ein zusätzlicher Effekt, dass der Hall-Parameter in das Plasma in der Anode durch die Abnahme der Dichte um die Anode erhöht werden kann die Halle Beschleunigung Komponente9stärken können. Da das Treibmittel nah an der inneren Oberfläche der Kathode wo entstehen große Mengen an ersten Elektronen in diesem Modus der Injektion ist, können die Treibmittel Ionisation sehr stark erhöht werden. Darüber hinaus wurde die Anode Länge zur Wand-Plasma verbindenden Bereich zu verringern und Reduzierung von Anode macht Ablagerung10,11minimiert. Wie eine abweichende Anode anliegt, wird dies den Winkel zwischen der Anode und der magnetischen Feldlinien zu verringern und verringern Anode macht Ablagerung weiteren12,13.
Trotz der Vorteile, die oben erwähnt werden, um Leistung zu verbessern kann komplette Treibmittel Versorgung durch Kathode Injektion das Risiko von Anode Hunger erhöhen die "Ausbruch" Phänomene14führen kann. Um dieses Verhalten zu verhindern, haben wir die Kathode zurück zur Basis der Anode eingefahren. Die Elektronen können dann ausreichend diffundieren in radialer Richtung vor dem Verlassen der Anode Ausfahrt, die fungieren wird, um Anode Hunger zu lindern. Darüber hinaus ist eine Multichannel-hohle Kathode angenommen; im Vergleich zu der hohle Einkanal-Kathode, kann eine Mehrkanal-hohle Kathode vergrößert den Elektron Emission und die Verteilung der das Treibmittel gleichmäßiger. Mit dieser Änderung kann die Lebensdauer und die Stabilität des Thruster erhöhte15,16,17.
Gestaltete der Thruster ist 100 kW und eine Kühlung Struktur ist bei stationären Betrieb. In den heutigen Laborversuchen ist eine effiziente Wasserkühlung Struktur beschäftigt. Jedoch um die Leistung der MPD Thruster Konstruktion zu bewerten, ist es wichtig, den Schub zu erhalten. Mit der Anwendung eines Hochdruck-Wasser-Systems zur Wärmeübertragung werden starke Vibrationen während des Betriebs des solche Kühlung, was erhebliche Störungen führen kann, wenn wir traditionelle Schub Messungen verwendet. Dementsprechend wird ein Ziel Schub Stand eingesetzt, um den Schub zu messen.
MPD-Thruster
Wie in Abbildung 1dargestellt, besteht der MPD-Thruster aus Anode, Kathode und Isolator. Die Anode besteht aus Kupfer mit einer zylindrischen divergente Düse der minimalen Innendurchmesser von denen 60 mm ist. Es gibt eine s-förmige Kühlkanal um die Innenwand der Anode. Den Einlass und Auslass des Kanals sind auf der Oberseite der Anode, die durch eine Trennwand getrennt sind. Ein schlanke Kupfer Block wird eingesetzt, um die Anode und elektrische Kabel zu verbinden. Die Ausfahrt ist auf der äußeren Oberfläche der Anode.
Das Kathodenmaterial wird Tantal Wolfram, mit neun Treibmittel Kanäle. Der Außendurchmesser der Kathode beträgt 16 mm. Die Kühlung der Kathode wird mit einer Wasserkühlung Halterung um die Kathode Basis erreicht. Es ist ein ringförmiger Kanal in der Halterung. Das kalte Wasser wird in die Halterung von unten und von oben strömt injiziert. Es gibt einen hohlen Kathode-Anschluss auf der linken Seite der Kathode. Das Treibmittel fließt durch die Mitte des Steckers und in die hohlen Kathodenkammer; Es gibt ein großen Hohlraum im Inneren der Kathode-Basis mit neun schmalen zylindrischen Kanälen zu verbinden. Der Hohlraum wirkt als Puffer, um die Einheitlichkeit der Treibsatz Verteilung in neun Kanäle zu erhöhen. Die Kathode ist mit das Stromkabel mit einem ringförmigen Kupfer Block verbunden, um die Kathode-Connector installiert ist.
Neben den Hauptteil des Thruster muss eine externe magnetische Spule auch Felder für die Mechanismen in der AF-MPD-Thruster erzeugen; magnetische Felder bieten ein konvergent-divergente Magnetfeld um das Plasma zusammen mit dem elektrischen Feld zu beschleunigen. Die Erregerspule besteht aus 288 Umdrehungen des kreisförmigen Kupferrohre, die fungieren als die Passage für beide elektrische aktuelle und kühlen Wasser. Der innere Durchmesser der Spule beträgt 150 mm, während der äußere Durchmesser 500 mm ist. Die höchsten Feldstärke in der Mitte ist 0,25 T mit Strom von 230 A.
Experiment-System
Das Experiment-System umfasst sechs Subsysteme. Abbildung 2zeigt die schematische Darstellung des das Gesamtlayout des experimentellen Systems; Das Layout der Thruster innerhalb der Vakuumkammer ist in Abbildung 3dargestellt.
Erstens besteht die Vakuum-System, die sorgt für die nötige Vakuum Umgebung für den Thruster-Betrieb, eine Vakuumkammer, zwei mechanische Pumpen, ein Molekularpumpe und vier kryogenen Pumpen. Der Durchmesser der Kammer beträgt 3 m und die Länge beträgt 5 m. Der Druck der Umgebung erhalten Sie unter 0,01 Pa wenn die Durchflussmenge (Argon) Treibstoff nicht mehr als 40 mg/s beträgt.
Zum anderen bietet dieses Quellsystem ein Hochspannungsimpuls entzünden den Thruster liefert Strom für das Bugstrahlruder, das Plasma zu beschleunigen, und liefert Strom für die Spule Magnetfeld, das äußere Magnetfeld aufrecht zu erhalten. Die Power-Source-System besteht aus einer Zündquelle macht, ein Thruster Stromquelle, eine Spule Stromquelle und Kabel. Die Zündquelle macht bieten 8 kV oder 15 kV Entladespannung. Die Thruster Stromquelle liefert einen Gleichstrom bis zu 1000 A. Die Spule Stromquelle liefert einen Gleichstrom bis zu 240 A.
Drittens: das Treibmittel Versorgungssystem feeds Gas Treibgas für Triebwerke. Das System umfasst vor allem die Gasquelle, mass Flow Rate Controller und Gas liefern Rohrleitungen.
Die vierte Sub-System ist der Wasserkühlung, bietet cool Hochdruck-Wasserstrahl um den Wärmeaustausch der Thruster, Magnetspule und Stromquellen. Wie in Abbildung 4dargestellt, besteht das System aus Pumpen Gruppe, Wassertank, Kühlschrank, Wasserversorgung Rohrleitungen und Pumpen-Steuerungen. Die nichtleitenden Rohre innerhalb der Vakuumkammer bieten einen kühlende Wasser-Terminal für die Thruster und Magnetspule und sorgt dafür, dass elektrische Isolierung zwischen der Anode, Kathode und den Boden.
Die Übernahme und Steuerung können die Signale messen Thruster Betriebsbedingungen und Steuerbetrieb anderer Systeme aufnehmen. Es besteht aus drei Computer und entsprechende Software, Übernahme Datenkarte und Kabel.
Wie in Abbildung 5gezeigt, besteht der Ziel Schub Stand Platte Ziel, schlanken Strahl, Wegsensor, Tragrahmen, axial bewegliche Plattform und radial bewegliche Plattform. Das Ziel kann das Plasma abfangen drückt das Ziel. Die Verschiebung des Ziels kann über einen Sensor platziert hinter dem Ziel, auf diese Weise ermöglicht die Bewertung der Schubkraft18gemessen werden.

<table><tbody><tr><td>Kryopumpen</td><td>Brooks Automation</td><td></td><td>Saugvermögen: 10000L/s</td></tr><tr><td>Wegsensor</td><td>Panasonic</td><td>HG-C1030</td><td>Wiederholgenauigkeit: 10&mu; m Linearität: &plusmn; 0,1 % F.S.</td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>Brooks Automation</td><td></td><td>Bereich: 0-120mg/s</td></tr><tr><td>Molekularpumpe</td><td>Oerlikon</td><td></td><td>Saugvermögen: 2100L/s</td></tr><tr><td>Bewegliche Anlageform</td><td>Beijing Weina Guangke Automation Equipment Co., Ltd.</td><td></td><td>Bereich: 0-2000 mm</td></tr><tr><td>plsatic Wasserleitungen</td><td>Xingye Xingye Fluorkunststoffe (Jiaxing) Co., Ltd.</td><td></td><td>Ultimativer Druck: 4,5 MPa</td></tr><tr><td>Treibstoff Argon</td><td>Beijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd.</td><td></td><td>Reinheit: 99,999%</td></tr> <tr><td>Kühlschrank</td><td>Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd.</td><td></td><td>Kälteleistung: 45 kW</td></tr><tr><td>Wasserpumpen</td><td>Liaocheng Vanguard Motor Co., Ltd.; Shanghai People Pump Industry Group Manufacturing Co., Ltd.; Nanfang Pump Limited Unternehmen</td><td></td><td>Maximaler Ausgangsdruck: Kreiselpumpe: 1 MPa Kolbenpumpe: 10 MPa</td></tr></tbody></table>

ein 100 kw-klasse angewendet-feld magnetoplasmadynamic thruster

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Angewendet-Feld magnetoplasmadynamic Triebwerke (AF-MPD-Triebwerke) sind Hybrid-Beschleuniger in der elektromagnetischen und Gas dynamische Prozesse beschleunigen Plasma Hochgeschwindigkeits; Sie haben großes Potenzial für zukünftige Raumfahrtanwendungen mit den wesentlichen Vorteilen des hohen spezifischen Impuls und Dichte Schub. In diesem Papier stellen wir eine Reihe von Protokollen für Design und Fertigung einer 100 kW-Klasse des AF-MPD Thruster mit Wasserkühlung, Strukturen, eine 130 V maximale Entladespannung, eine 800 A maximale-Entladestrom und eine 0,25 T maximale Stärke des Magnetfeldes. Eine hohle Tantal-Wolfram-Kathode fungiert als nur Treibmittel Zulauf, die radiale Entlastung zu hemmen, und es ist axial auf der Rückseite der Anode positioniert, um die Anode Hunger zu lindern. Eine zylindrische abweichende Kupfer-Anode wird eingesetzt, um die Anode macht Ablagerung zu verringern, wo die Länge reduziert wurde, um Wand-Plasma verbindenden Bereich zu verringern. Experimenten verwendet ein Vakuum System, das Vakuum arbeiten von 0,01 erreichen Pa für eine totale Treibmittel Massenfluss bewerten niedriger als 40 mg/s und ein Ziel Schub Stand. Die Thruster Tests erfolgten um die Auswirkungen der Arbeitsparameter wie Treibmittel Flussraten, Entladestrom und die Stärke des angelegten Magnetfeldes auf die Leistung zu messen und entsprechende Analysen ermöglichen. Der Thruster konnte kontinuierlich über längere Zeiträume hinweg mit wenig Erosion an der Oberfläche hohl Kathode betrieben werden. Die maximale Leistung des Thruster beträgt 100 kW und die Leistung dieser wassergekühlte Konfiguration ist vergleichbar mit der Triebwerke in der Literatur beschrieben.

Im Experiment wir Steuern Entladestrom (Id), Treibmittel Masse fließen rate(m) und Magnetfeld (Ba) angewendet. In Betrieb wir messen den Wert der Entladungsspannung (Vd) und Schub (T), von welcher Basis wir andere Leistung bekommen können Parameter wie Leistung (P), spezifische Impuls (Isp) und Effizienz (η)1Schub.
Ein typisches Signal der Entladespannung ist in Abbildung 6da...

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

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Ziel dieses Protokolls ist es, die Konstruktion eines magnetoplasmadynamischen Schubsders der Klasse 100 Kilowatt und der relativ experimentierten Methode einzuführen. Magnetoplasmadynamischer Schubstrahler, also MPD-Strahler, ist ein typischer elektrischer Beschleuniger. Es ist bekannt für hohe spezifische Impulse und eine hohe Schubdichte und wird als Hauptanwärter für unseren Hauptantrieb in unseren zukünftigen Hochleistungs-Weltraummissionen behandelt.In diesem Artikel werden wir ein Design eines 100-Kilowatt-Klasse-MPD-Schubsers mit angewandtem Feld, die notwendigen Experimentiersysteme für ein relatives Schubdüsenexperiment und die Arbeitsschritte zum Abschluss dieses Experiments vorstellen. Thruster-Design. Der Schub besteht hauptsächlich aus Anode, Kathode und Isolator.Die Anode besteht aus Kupfer mit einer Zylinder-Divergenz, deren minimaler Innendurchmesser 60 Millimeter beträgt. Die Kathode besteht aus Tantal-Wolfram mit neun Treibmittelkanälen, deren Außendurchmesser 16 Millimeter beträgt. Auf der linken Seite befindet sich ein hohler Kathodenstecker.Das Treibmittel fließt durch die Mitte des Steckers und erreicht die Hohlkathode. Es gibt einen großen Hohlraum in der Kathodenbasis, der mit neun zylindrischen Kanälen verbunden ist. Der Hohlraum dient als Puffer, um die Homogenität der Treibmittelverteilung in neun Kanälen zu erhöhen.Die Kathode ist mit einem ringförmigen Kupferblock verbunden, der um den Kathodenstecker herum installiert ist. Neben dem Hauptkörper des Schubsers ist auch eine externe Magnetspule für die Arbeit des MPD-Düsens notwendig. Die Spule besteht aus 288 Umdrehungen Kreis Kupferrohre, die als Durchgang für elektrischen Strom und Kühlwasser fungieren.Der Innendurchmesser der Spule beträgt 150 Millimeter, der Außendurchmesser 500 Millimeter. Die höchste Feldstärke im Zentrum ist 0,25 Telsa. Experimentiersystem.Das Experimentsystem bietet die notwendigen Bedingungen für das Experiment, das hauptsächlich sechs Teilsysteme umfasst. Erstens bietet das Vakuumsystem die notwendige Vakuumumgebung für den Schub. Und der Durchmesser der Kammer beträgt drei Meter, während die Länge zwei Meter beträgt.Der Umgebungsdruck kann unter 0,01 Pascal bleiben. Zweitens, Stromquellensystem. Das Stromquellensystem besteht aus Zündstromquelle, Schubstromquelle, Spulenstromquelle und Kabeln.Die Zündstromquelle kann acht Kilovolt- oder 15-Kilovolt-Entladungsspannung liefern. Die Schubstromquelle liefert einen Gleichstrom von bis zu 1.000 Ampere. Die Spulenstromquelle liefert einen Gleichstrom von bis zu 240 Ampere.Das dritte ist das Treibgasversorgungssystem, das Gastreibstoff für Schubdüsen speist. Dieses System umfasst hauptsächlich Gasquellen, Massenstromregler und Gasversorgungsleitungen. Das vierte ist das Wasserkühlsystem, das Hochdruckwasser liefert, um die zusätzliche Wärme des Schubsers, der Magnetspule und der Stromquellen auszutauschen.Dann ist Das Erfassungs- und Steuerungssystem, das die Signale von Schubbetriebsbedingungen aufzeichnen und andere Systeme steuern kann. Das letzte ist das Zielschubmesssystem, mit dem der Schub gemessen werden kann. Der Zielschubständer besteht hauptsächlich aus Plattenziel, Schlankstrahl, Verdrängungssensor, Stützrahmen, axial beweglicher Plattform und funkbeweglicher Plattform.Das Plasma kann vom Ziel abgefangen werden, und das Ziel wird durch das Plasma geschoben. Die Verschiebung des Ziels kann durch den hinter dem Ziel platzierten Sensor gemessen werden. Auf diese Weise können wir den Schub bewerten.Vorbereitung auf das Experiment. Installieren Sie den Schub. Wischen Sie die Komponenten des Schubsers mit Alkohol in einem Reinraum ab.Montieren Sie die Anode mit dem Isolator. Bringen Sie Kathode, Kathodenhalter und Kathodenverbinder zusammen. Fügen Sie das Kathodenteil zum Anodenteil hinzu.Installieren Sie den mittleren Stecker in die Assemblage und befestigen Sie ihn mit Schrauben. Stellen Sie den Spulensitz auf der Experimentierplattform mit Gabelstapler auf. Platzieren Sie die Experimentierplattform auf der Führungsschiene der Vakuumkammer.Installieren Sie den Schubstrahler auf der Spule. Verbinden Sie Anode und Kathode mit entsprechenden elektrischen Kabeln. Verknüpfen Sie die Magnetspule mit der Spulenstromquelle.Verbinden Sie die Wasserkühlrohre und Treibmittelversorgungsrohre mit Schubdüsen. Verbinden Sie die Wasserkühlrohre mit der Spule. Installieren Sie die bewegliche Plattform in der Kammer und fixieren Sie den Hauptkörper des Schubständers darauf.Passen Sie die Position der beweglichen Plattform an, um die Mittellinie des Schubsers und das Ziel miteinander zuzulassen. Dann arbeiten wir am Schubständer zusammen. Laden Sie zunächst unterschiedliche Gewichte auf das Kollaborationsgerät und zeichnen Sie die entsprechende Ausgabe des Schubständers auf.Wiederholen Sie den Vorgang mindestens dreimal. Dann können wir den elastischen Koeffizienten des Schubständers entsprechend den Kalibrierdaten berechnen. Vakuumieren Sie die Vakuumkammer.Schließen Sie die Tür der Kammer. Starten Sie die mechanischen Pumpen. Starten Sie die molekularen Pumpen, wenn der Hintergrunddruck in der Kammer niedriger als fünf Pascal ist.Starten Sie die kryogenen Pumpen, wenn der Hintergrunddruck in der Kammer unter 0,05 Pascal liegt. Warten Sie, bis der Druck 10 bis zur Leistung von minus vier Pascal erreicht. Zünd- und Schubmessexperiment.Wir müssen den Schub vorheizen, wenn der Schubder der Luft ausgesetzt wurde. Starten Sie die Aufzeichnung des Signals. Stellen Sie die Treibgasmassendurchflussrate auf 40 Milligramm ein und liefern Sie mindestens 20 Minuten.Schalten Sie die Kühlwasserversorgung ein. Stellen Sie die Arbeitsfrequenz von Anoden- und Kathodenwasserkühlpumpen auf 10 Hertz ein. Bewegen Sie den Schubständer in die Position weit weg vom Schub.Schalten Sie die Spulenstromquelle mit dem Spulenstrom von 90 Ampere ein. Schalten Sie die Schubstromquelle mit dem Entladungsstrom von 240 Ampere ein. Schalten Sie die Zündstromquelle ein.Halten Sie den Schubfürst mindestens fünf Minuten am Werk. Schalten Sie die Schubstromquelle und die Treibstoffversorgung aus. Beenden Sie die Neucodierung.Nach der Vorwärmung können wir die Schubmessung durchführen. Bewegen Sie den Schubständer 550 Millimeter vom Schuber in die Position. Starten Sie die Aufzeichnung des Signals.Starten Sie die Treibmittelversorgung. Zünden Sie den Schuber mit 90 AmpereSpulenstrom und 240 Ampere-Entladungsstrom. Erhöhen Sie den Spulenstrom auf 90 Ampere.Anschließend erhöhen Sie den Entladungsstrom auf 800 Ampere. Erhöhen Sie dann den Spulenstrom auf 230 Ampere. Schalten Sie den Schubausstoß aus, wenn die Leistung des Schubständers stabil wird.Stoppen Sie die Treibstoffversorgung. Beenden Sie die Neucodierung. Repräsentative Ergebnisse.In den Experimenten steuern wir den Entladungsstrom, die Treibgasmassendurchflussrate und das angelegte Magnetfeld. Dann messen wir den Wert von Entladungsspannung und Schub, auf deren Grundlage wir andere Leistungsparameter wie Leistung, spezifische Impuls- und Schubeffizienz erhalten können. In dieser Abbildung wird ein typisches Signal der Entladungsspannung dargestellt.Nach dem Einschalten der Stromquelle wird eine Hohe spannung am Schubmotor verwendet, um das neutrale Treibmittel abzubauen. Nach der Zündung zeigt sich die Spannung auf einen konstanten Wert und bleibt im Grunde konstant. Dann können wir sagen, dass die Zündung erfolgreich ist.In dieser Abbildung wird ein typisches Schubmessergebnis dargestellt. Wir beginnen, das Signal des Schubsständers vor dem Treibmittel zu erfassen, das als Nullschubpunkt behandelt wird. Nach der Versorgung des Treibmittels wird es einen leichten Schub geben.Nach der Zündung wird es eine große Schwingung geben. Dann neigt der Schub zu einem stetigen Wert. Aufgrund der thermischen Verformung des Ziels, deren Wert 50 Millinewton beträgt, wird es eine Nulldrift geben.Der durch die Drift verursachte Fehler beträgt nicht mehr als 1%Die Abbildung zeigt die Entladeeigenschaften während der halbstündigen Weiterarbeit. Wir konfundisieren, dass der Schubschnellzustand nach der Zündung schnell stabilisiert wird, und die Spannung ist während dieser Zeit sehr stabil. Diese Abbildung zeigt die Erscheinungsveränderungen der Tantal-Wolfram-Hohlkathode vor und nach Experimenten.Die gesamte Versuchszeit beträgt mehr als 10 Stunden. Auf der Außenfläche der Kathode finden wir eine leichte Erosion, die sich gleichmäßig verteilt, was bedeutet, dass der Schubstrahler das Potenzial hat, viel länger als 10 Stunden zu arbeiten. Nach dem Weiterarbeitstest haben wir die Leistung des Schubtriebwerks im Leistungsbereich von 50 bis 100 Kilowatt untersucht.Die beste Leistung wird mit 99,5 Kilowatt erzielt, während der Schub 3, 052 Millinewton beträgt. Spezifischer Impuls ist 4, 359 Sekunden, und Schubeffizienz ist 67%Es ist bemerkenswert, dass, wenn der Schub die beste Leistung erreicht, der Hintergrunddruck 0,2 Pascal ist. Die gemessene Leistung kann aufgrund des Hohen Drucks höher als der tatsächliche Wert sein.Der Tester besteht aus Tantal-Wolfram und zeigt die Operationsbeständigkeit. Die Gasleistung beträgt 100 Kilowatt mit einem Schub von 3.050 Millinewton, dem spezifischen Impuls von 4, 300 Sekunden und dem Wirkungsgrad von 67%

a-100-kw-class-applied-field-magnetoplasmadynamic-thruster

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Dieser Film zeigt, wie ein atmosphärischer Plasmabrenner durch Mikrowellen ohne zusätzliche Zünder gezündet werden kann und bietet einen stabilen und kontinuierlichen Plasmabetrieb, der für viele Anwendungen geeignet ist.

Wie man eine Atmosphärischer Druck Mikrowellenplasmabrenner zünden ohne zusätzliche Zünder

Dieser Artikel beschreibt einen fließenden Mikrowellenreaktor, der verwendet wird, um eine effiziente Nicht-Gleichgewichtschemie für die Anwendung der Umwandlung / Aktivierung von stabilen Molekülen wie CO 2 , N 2 und CH 4 herzustellen. Ziel des hier beschriebenen Verfahrens ist es, die in situ Gastemperatur und Gasumwandlung zu messen.

Nicht-Gleichgewicht Microwave Plasma für effiziente Hochtemperatur-Chemie

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

Wir präsentieren ein Protokoll zur Erzeugung eines isotopisch gereinigten Niedrigenergie-229-Ionen-Strahls aus einer 233U-Quelle. Dieser Ionenstrahl dient zur direkten Detektion des 229mTh Bodenzustandszerfalls über den internen Umwandlungszerfallskanal. Wir messen auch die interne Umwandlungslebensdauer von 229mTh.

Vorbereitung eines isotopisch reinen 229Th Ion Beam für Studien von 229mTh

Dieses Protokoll stellt Techniken und Methoden vor, die für die genaue Verabreichung von magnetischer Nanopartikel-Hyperthermie unter Verwendung eines ausgeklügelten Verabreichungs- und Überwachungssystems erforderlich sind.

In-vitro- und In-vivo-Verabreichung von magnetischer Nanopartikel-Hyperthermie mit einem maßgeschneiderten Verabreichungssystem

Hier wird ein Protokoll vorgestellt, um kontrollierte Hyperthermie, die durch magnetresonanzgesteuerten, hochintensiven fokussierten Ultraschall erzeugt wird, zu verwenden, um die Wirkstofffreisetzung von temperaturempfindlichen Liposomen in einem Rhabdomyosarkom-Mausmodell auszulösen.

Magnetresonanzgesteuerte, hochintensive, fokussierte, ultraschallerzeugte Hyperthermie: eine praktikable Behandlungsmethode in einem murinen Rhabdomyosarkommodell

In dieser Studie wird die Methodik für die Erzeugung von sechs verschiedenen Arten von Plasmaentladungen innerhalb eines Hyperbolischen Vortex-Plasmareaktors für den Abbau von Mikroverunreinigungen in Wasser, einschließlich Pharmazeutika und per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), vorgestellt.

Implementierung eines hyperbolischen Vortex-Plasmareaktors zur Entfernung von Mikroverunreinigungen in Wasser

Gasentnahme aus Labor Flammen mit Online-Analyse aller Arten von Massenspektrometrie ist eine leistungsfähige Methode, um das komplexe Gemisch von chemischen Verbindungen bei Verbrennungsprozessen auftretenden untersuchen. Mit einstellbaren Soft-Ionisation über Synchrotron erzeugten Vakuum-UV-Strahlung gekoppelt ist, bietet diese Technik Isomer aufgelöste Informationen und potenziell Fragment freien Massenspektren.

Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

Schlüsselschritte der Proteinfunktion, insbesondere Änderungen der Stützknochenkonformation und Protonentransferreaktionen, finden oft auf der Zeitskala von Mikrosekunden bis Millisekunden statt. Diese dynamischen Prozesse können mit der zeitaufgelösten Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie untersucht werden, insbesondere für Proteine, deren Funktion durch Licht ausgelöst wird.

Protonen-Transfer und Protein-Zustände Dynamics in Lichtempfindliche Proteine, die durch zeitaufgelöste Step-Scan Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie

Eine Methode zur Untersuchung der Struktur eines Protein-Photorezeptors mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) wird in diesem Artikel beschrieben. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) zeigt intakte Proteindimere auf einer Glimmeroberfläche.

Atomic Force Microscopy von Red-Light Photorezeptoren Mit Peakforce Quantitative Nanomechanische Eigenschaftenzuordnung

Erfahren Sie den Aufbau eines 100-kW-MPD-Triebwerks für Raumfahrtantriebe mit Anode, Kathode und Magnetspule. Diese Methode ermöglicht effiziente Tests elektrischer Plasmabeschleuniger.

Ein 100 KW-Klasse angewendet-Feld Magnetoplasmadynamic Thruster

Weitere Videos entdecken