Name: אופטימיזציה, בדיקה ואבחון של הול ולמחקר מדחפים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 22 s
Description: חקור שיטות אופטימיזציה ובדיקה של מנועי הול ממוזערים למחקר מדחפים חשמליים. המאמר מציג מערכות אוטומטיות לאבחון מרחוק והערכת ביצועים בסביבת סימולציה של חלל.

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

עבודה זו נתמכה חלק ע"י OSTIn-קמעונאי/מפיצים של EDB, קרן מחקר לאומי (סינגפור), אקדמיים מחקר קרן AcRF Tier 1 RP 6/16 (סינגפור), ו. ג'ורג ' וושינגטון המכון על ננו-טכנולוגיה (ארה ב). א ל' מאשר התמיכה של בית הספר לכימיה, פיזיקה, הנדסת מכונות, המדע, ההנדסה הפקולטה, האוניברסיטה הטכנולוגית של קווינסלנד.

כאן אנו מציגים את הפרוטוקולים על דחף כיול הערכה הליך וביצועים, דחף עצמאית אימות באמצעות profilometry תימרת ובחינת null באמצעות נתונים מרחביים באתרו חישה.
1. דחף כיול הליך ודחף הערכת ביצועים
<ol><li>ודא כי כל הרכיבים מותקנים בבית הבליעה, כמוצג באיור5.</li>
	<li>בדוק הקישוריות של כלי האבחון חיצוני לפני איטום החדר.</li>
	<li>השתמש בפקד מתקן משולב כדי לאטום את התא.</li>
	<li>להפעיל את משאבות ואקום הסדר המדורג החל ממשאבות יבש (עד החדר מגיע 1 הרשות הפלסטינית), משאבות טורבו-מולקולרית (עד שיגיע ~ 5 x 10-4 הרשות הפלסטינית), ולאחר מכן קריוגני משאבות. הערה: PSAC שנשאר לשאוב עד ואקום גבוה (< ~ 10-5 הרשות הפלסטינית) כדי לדמות סביבת החלל. ניתן להשהות את הפרוטוקול פה.</li>
	<li>השתמש את היישומים שפותחו כדי לסנכרן את המכשירים עם המשדר האלחוטי בבית הבליעה. תהליך הסינכרון תושלם כאשר דיודות פולטות אור (LED) על המשדר מפסיקה להבהב.</li>
	<li>לאחר הריק הרצוי התקבל, לוקחים על הקריאה הראשונית (מתח אנלוגי) את החיישן הזחה לייזר כקו.</li>
	<li>להשתמש app מפותחת כדי לעורר שתנוע משקל (של מסה מכוילת וידוע בדיוק של לולאה נחושת) לתרגום כוח על הבמה quadfilar. הערה: המסה של כל לולאה נחושת תלוי הרגישות המיועד של השלב quadfilar בשימוש. במקרה זה, המסה של כל לולאה נחושת היה מסודר לפי 100 מ"ג עבור המשטר כיול מורחבת ו- 10 מ"ג עבור המשטר כיול בסדר. לראות את התוצאות נציג לקבלת מידע נוסף.</li>
	<li>הרשומה העקירה (מתח אנלוגי) של חיישן תזוזה לייזר כאשר היא מופעלת לאחר המסה הוא הוריד באופן מלא ואת משקלו מתורגם כח אופקי.</li>
	<li>חזור על התהליך (שלבים 1.7 ו- 1.8) של הנמכת המשקולות והקלטה של העקירה של השלב quadfilar עד כל המשקלים ולידציות מורחבות. כל המשקלים באופן אוטומטי יוחזר למצב שיווי משקל על ידי היחידה כיול לאחר שרצף השלמת כדי לאפשר את הבמה quadfilar להגיע למשרת שיווי משקל לפני מנוע יכול להיות מפוטר. להציל את הגורם כיול ( קובץ | שמירת | "Factor.txt").</li>
	<li>שרטט את עקומת כיול כדי להשיג את גורם כיול המערכת מותקנת על הבמה quadfilar, איפה כיול הגורם (mN/V) המילוי ההדרגתי של הגרף כוח/מתח.</li>
	<li>שיא בסיסית מתח אנלוגי חיישן תזוזה לייזר שוב לפני שהם מפטרים את מנוע.</li>
	<li>להפעיל את באתרו MATLAB תוכנית לחישוב דחף באופן מיידי באמצעות משוואה 3 (ראה את התוצאות נציג) ולהזין את הגורם כיול נגזר בשלב 1.9 ( קובץ | פתוח | "Factor.txt").</li>
	<li>יכול המדחפים ואז ירה שוב. ללכוד את הפרמטרים הרצויים בזמן אמת באמצעות תוכנית רכישת נתונים ללא צורך במיקור חוץ. הערה: לחלופין, אפליקציה משולב ניתן להשתמש כדי להפוך לאוטומטית לגמרי את תהליך הכיול בזמן סינכרון הרצף הופעה מוטורס ולאחר קירור והקפאה של החיישנים בהתאם.</li>
</ol>2. null מדידה פרוטוקול לאימות דחף עצמאית
<ol><li>קודם כל, קחי קריאה בסיסית (מתח אנלוגי) (מהחיישן לייזר התקה) מנוע במצב שיווי משקל.</li>
	<li>החלפה בין פרמטרים מבצעיים לערכים הרצויים מלוח הבקרה מנוע ואש את מנוע.</li>
	<li>ברגע מנוע מפוטר, המתן תנודות המטוטלת quadfilar לייצוב.</li>
	<li>לאחר quadfilar מייצב למצב יציב, להשתמש app הבקרה עבור מערכת מדידה null כדי לעורר הנמכת של משקולות. הקריאות מהחיישן הזחה לייזר מנוטרים בו זמנית. המשקלים הם הוריד ללא הרף עד השלב quadfilar הוא actuated בחזרה לתוך שיווי משקל.</li>
	<li>לאחר מיקום שיווי משקל מתמלאת, לסיים את הרצף הופעה, לקבוע את הכוח הנדרש כדי להחזיר את מערכת quadfilar שיווי משקל.</li>
	<li>לעורר בלוק בסימפטומים ולא במחלה עצמה כדי לעצור את השלב quadfilar לנוע.</li>
	<li>חשב המתאים המוני הכוח האופקי הנדרש כדי למשוך את המערכת לתוך שיווי משקל.</li>
</ol>3. הופעה של צריחים רובוטית עבור נתונים מרחביים באתרו חישה, הפלומה profilometry
הערה: במהלך הפעולה של מנוע, אופרטור עשויים לבחור להניע את המערכת באופן ידני לזוויות הרצוי כדי להשיג הפלומה מאפיינים במיקומים מסוים או להפעיל רצף אוטומטית.
<ol><li>הר של מנוע על הבמה נעה (כמו במקרה של PSAC) לפני תחילת הניסוי.</li>
	<li>להפעיל את מנגנון עצירה-בר כדי למנוע את השלב של הגורמים במהלך הניסוי.</li>
	<li>להפעיל את פרוטוקול המדידה ואת servo מנוע כדי להניע את המכשיר למצב 0°.</li>
	<li>רוכשים מדידה של המכשיר. הערה: בהתאם לסוג של הגששים מותקן, תהליכי המדידה יכולים להיות מגוונים בהתאם לרצף לתכנות להשגת הפלומה המרחבי המלא פרופילים של השחרור. (א) אם מותקן מכשיר בדיקה פאראדיי, קריאה את מד המקור נלקח (איפה דעה קדומה של-30 החמישי ברציפות מוחל על הטבעות משמר). (ב) אם בדיקה לאנגמיור נטענה, צורת גל מתח sawtooth מסופקים החללית, המאפיינים-V שהושג ומפורש. (ג) אם RPA נטען, צורת גל מתח sawtooth מוחל על הרשת מפלה, המאפיינים-V שהושג ומפורש.</li>
	<li>להפעיל את מנוע סרוו באמצעות של מיקרו, כדי להעביר מיקום זוויתי הבא שבו הרצף בדיקה מופעלת כדי לבצע מדידה שוב.</li>
	<li>שמור את המידות שסומנו בנפרד מערכים במטריצה נתונים.</li>
	<li>חזור על שלבים 3.5, 3.6 עד מלא לטאטא עד 180° בוצעה, החללית מובאת בחזרה כדי 0°.</li>
	<li>לנתח את הנתונים שנשמרו.</li>
</ol>

המחברים מצהירים אינטרסים מתחרים לא כספיים או אחרים.

אופייני אולם מסוג מדחפים44 פשוטה יחסית, זול, התקנים יעילים ביותר עלול להאיץ את השטף יון כדי בין המהירויות של כמה עשרות ק מ בשנייה, מתן דחף נדרש מאיץ לוויינים וכלי -הטיס, כמו גם עבור תמרונים, כיוון, מיקום ובקרת גישה, בטל את הבחירה במסלול סביב בסוף חייהם השירות מבצע. היישום של אולם מדחפים על לוויינים, מטענים מסלולית אחרים לשפר את המשימה בחיים, לאפשר היווצרות/קבוצת כוכבים מעופפים מהלוויינים מרובים והעברת מסלולית, ולאפשר יכולות רב המשימה. מבחינה מבנית (ראה שרטוט באיור13),...

עניין מחודש בתעשיית החלל יש בחלקו היה מזורז על ידי מערכות הנעה חשמליות יעילים ביותר כי יכולות המשימה לספק משופרת בעת ההשקה מופחת יותר ויותר עולה1,2,3. סוגים שונים של התקנים הנעה חשמלית שטח לאחרונה הוצעו ו שנבדקו4,5,6,7,8 נתמך על ידי הריבית של היום בחלל חקר9,10. ביניהם, הן של העניין העיקרי בשל היכולת שלהם להגיע ליעילות גבוהה מאוד כ 80%, העולה על זה של כל מנוע כימי, יון gridded11,12 ו אולם מסוג מדחפים13,14 כולל מערכות חמצן-מימן היעילה ביותר, היעילות של אשר הוא מוגבל לכ-5000 מ'/s על ידי המנהל הפיזי חוקים15,16,17,18.
מקיף, אמין בדיקה של חלל ולמחקר מדחפים בדרך כלל דורש קומפלקס גדול של מתקני בדיקה הכוללים צ'ילרים, מתקנים ואקום (משאבות), מכשירי בקרה ואבחון, מערכת למדידת פרמטרים פלזמה 19, מגוון רחב של ציוד עזר שמווסתים את הפעולה של מנוע, כגון מערכת אספקת חשמל, יחידת אספקת הטען, דחף לעמוד מדידה ועוד רבים אחרים20,21. יתר על כן, מנוע הנעה שטח טיפוסי מורכב של מספר יחידות המשפיעים בנפרד את היעילות ואת חיי השירות של כל דחף המערכת, לכן, נבדק בנפרד והן כחלק הרכבה מנוע22, 23. זה משמעותי מסבך את תהליכי הבדיקה, מרמז על מבחן ארוך תקופות24,25. אמינות של מנוע הקתודה יחידה, כמו גם פעולת המדחפים כאשר הודף שונים משמשים גם דורש שיקולים מיוחדים26,27.
כדי לכמת את הביצועים של מערכת הנעה חשמלית, ולקרקע להעפיל מודולים עבור הפריסה המבצעית של משימות חלל, בדיקות מתקנים המאפשרים סימולציה של מרחב מציאותי סביבות הדרושים לניסויים של קנה המידה רב הנעה יחידות28,29,30. דוגמה של מערכת כזו הוא תא הדמיית סביבת חלל גדול שקנה המידה שלה השתנה ממוקם על שטח הנעה מרכז-סינגפור (SPC-S, איור 1 א', ב')31. בעת פיתוח כזה סביבה סימולציה, השיקולים הבאים והמשניים צריכים להילקח בחשבון. החששות העיקריים הם כי הסביבה החלל שנוצר ובכך בדייקנות ובאמינות לדמות סביבת החלל מציאותי, מערכות אבחון מובנה חייב לספק דיאגנוסטיקה מדויקת במהלך הערכת ביצועים של מערכת. הדאגות משניים הם כי סביבות חלל מדומה חייב להיות מאוד להתאמה אישית כדי לאפשר התקנה מהירה, בדיקה של הנעה שונה למודולי האבחון ואת הסביבה חייב להיות מסוגל להכיל תפוקה גבוהה בדיקות כדי לייעל הפרשות ותנאים מבצעית של יחידות מרובות בו-זמנית.
סימולטורים סביבת החלל ומתקני שאיבה
כאן, אנחנו מדגימים שני סימולציה מתקני SPC-S אשר יושמו לבדיקה של מערכות הנעה חשמליות מיניאטורי, מודולים באותה מידה כמו משולב. שני מתקנים אלה הן של סולמות שונים, בעיקר יש תפקידים שונים בתהליך הערכת ביצועים, כמתואר להלן.
פלזמה גדולה שטח הופעה קאמרית (PSAC)
PSAC בעל מידות 4.75 מ' (אורך) x 2.3 m (קוטר) יש שואב אבק שאיבה סוויטת אשר כוללת משאבות קיבולת גבוהה רבים עובדים במשולב. הוא מסוגל להשיג בסיס בלחץ נמוך מ 10-6 הפלסטינית. יש בקרה משולבת ואקום readout, משאבות הפעלה/נקה מערכת פינוי והמחסור של התא. הוא מצויד flanges הניתנות להתאמה אישית רבים, feedthroughs חשמל, האשנבים אבחון ויזואלי לספק קו הבדיקה מתקן. זה, יחד עם מלא-חבילת אבחון יכולות לטעון באופן פנימי, מאפשר לו להיות במהירות שונה עבור אבחון ומשולבות. קנה המידה של PSAC מאפשר גם בדיקה של מודולים משולב לחלוטין ליישומים בסביבה מדומה.
PSAC הוא SPC-S הדגל שטח סביבת הדמיה מתקן (איור 1 c, d). גודלו העצום מאפשר בדיקה של מודולים מלאה של עד כמה U רכוב על הבמה quadfilar. היתרון של שיטה זו תהיה החזיית בזמן אמת כמה המודולים הנעה כמו רכוב על מטענים שונים עשויים להשפיע תמרון באתרו דים בחלל. זה מדומה דרך ההרכבה, ההשעיה של המנה כולה על quadfilar קניינית דחף מדידה פלטפורמה. אז יכול להיות מפוטר מנוע, פלטפורמת מושעה עם מנוע ואת המטען להיבדק על פי תנאי שטח. הטען גז ביניים לדלק אשר להזין את סביבת הבדיקה באמצעות המודולים הנעה חשמליים הם שאוב מתוך ביעילות באמצעות חבילת ואקום כדי להבטיח כי הלחץ הכללי של הלשכה אינה משתנה, לכן, שמירה על סביבת החלל מציאותית32 33, ,34. יתר על כן, מערכות הנעה חשמליות בדרך כלל כרוך הייצור של פלזמות, לנצל המניפולציה של מסלולים של חלקיקים טעונים יציאה המערכת על מנת ליצור דחף35. בסביבות סימולציה קטנות יותר, הצטברות של מעילי פרווה תשלום או פלזמה על הקיר עשוי להשפיע על הביצועים הפרשות דרך קיר פלזמה אינטראקציות בשל קרבתו למערכת הנעה, במיוחד עבור micropropulsion שבו טיפוסי דחף ערכים הם לפי סדר millinewtons. לכן, תשומת לב מיוחדת והדגשה להתבצע בחשבון ואת נטייתה תרומות כאלה גורמים36. גודל גדול של PSAC ממזער אינטראקציות פלזמה-קיר, והוציאם זניח, מתן ייצוג מדויק יותר של הפרשות פרמטרים ועל הפעלת פיקוח על הפלומה פרופילים במודולים הנעה חשמלית. PSAC משמשת בדרך כלל בתהליכי מודול מלא הערכה ומערכות אינטגרציה/אופטימיזציה אשר מאפשר לתרגום מהיר של אבי טיפוס מנוע למערכות מבצעית מוכן עבור בדיקות לקראת מוקדמות שטח הקרקע.
מדמה סביבת חלל פלזמה קשקשים (PSEC)
PSEC בעל מידות 65 ס"מ על 40 ס"מ x 100 ס מ, כולל חבילה שאיבת ואקום אשר כוללת שש משאבות קיבולת גבוהה עבודה משותפת (משאבת ואקום יבש, משאבות ואקום turbomolecular, הקפאה). הוא מסוגל להגיע הבסיס בלחץ נמוך מ 10-5 הרשות הפלסטינית, כאשר כל שאיבה מערכת פועלת (כל משאבות נמצאים בשימוש). זורם בלחץ ויצא מנוטרים ב בזמן אמת באמצעות זרימת מסה משולב readout תיבות, מאבחנים לחץ. PSEC הוא מועסק בעיקר בבדיקות סיבולת של מדחפים. מדחפים מפוטר לתקופות ממושכות של זמן כדי להעריך את ההשפעות של פלזמה נזק על ערוצי פריקה ועל חייה. בנוסף, כפי שמוצג באיור2, זרימת הגז מורכב בקר רשת במתקן הזה מאפשר חיבור מהיר של אחרים הודף זינה קטודית, אנודות כדי לבדוק את התאימות של המדחפים עם הרומן הודף ואפקטים של האחרון על ביצועי מנוע. . זה עניין מוגבר קבוצות מחקר עובד בדחפנים חשמלי "אוויר לנשימה" ניצול הודף הרומן במהלך מבצע...
מתקני לאבחון משולב (אבחון רב מודאלית)
מתקני אבחון משולב שונות, מצוידים עם מערכות רובוטיות משולב אוטומטיות (שיעסוק-µS)19,23, פותחו עבור שתי המערכות, PSEC, PSAC המיועדים דיאגנוסטיקה-סולמות שונים ומטרות.
אבחון משולב ב- PSEC
כלי האבחון ב PSEC במהותה טיבית ניטור בזמן אמת של הפרשות באמצעות פעולות מורחבות. מערכת ניהול האיכות מפקח גז שיורית במתקן לזן מזהם הנובעים מן התזה של חומר במהלך הפרשות. כמויות זעירות אלו מנוטרים באופן כמותי לאורך זמן כדי להעריך את שחיקת המחירים של הערוץ פריקה ואלקטרודות של מנוע כדי להעריך את החיים של מנוע. ספקטרומטר אופטי פליטות (OES) משלים בהליך זה על-ידי ניטור קווי הספקטרום המתאים מעברים אלקטרוניים של מזהם מינים עקב שחיקה, כגון נחושת של האלקטרוניקה. OES מאפשר גם פלזמה לא פולשנית אבחון וניטור פעיל של פרופיל הפלומה הבודקת הביצועים של מנוע איכותית. מהניסוי. לבסוף, בדיקה פאראדיי רובוטית, אשר יכול להיות נשלט מרחוק, או הגדר למצב עצמאי לחלוטין, משמש כדי להפיק מטאטא מהיר של הפרופיל הפלומה לייעל את collimation של קרן דרך פרמטרית משתנה תנאי השחרור (איור 3).
אבחון משולב ב- PSAC
המותרות של המרחב הפיזי, PSAC מאפשר התקנה של מערכות מרובות מנוע במקומות שונים בשל העיצוב המודולרי שלה, המאפשר להתקנה תקע ו- play-כמו אבחון שונים בו זמנית. איור 4 מציג חתך פנימי PSAC בתצורות שונות, עם פלטפורמת מדידה דחף quadfilar מושעה באופן מלא להיות מקבע הבולטים ביותר הקבוע שלה. מערכות צריח, נשלט באופן עצמאי או באופן אלחוטי באמצעות לאנדרואיד באמצעות בקרים ומודולים Bluetooth, ואז שניתן להרכיבו באופן מודולרי בפני את מנוע כדי להשיג את המאפיינים של הפלומה דרך ההתקנה של הגששים שונים כמו פאראדיי, לאנגמיור מנתח פוטנציאליים האץ (RPA). גם המוצג באיור 4 היא היכולת של PSAC כדי לאפשר הרכבה להגדרה של מערכות מנוע איבחונים סימולטני של פרמטרים שונים פלזמה. המדחפים יכול להיות מותקן אנכית בעמודה בודדת ונבדק במהירות, אחת אחרי השנייה כדי למנוע אינטראקציות בין מערכות מנוע שונה. זה אומת, כי הערכה יעילה של עד 3 מודולים שונים במופע יחיד הוא אפשרי, לכן באופן משמעותי להקטין את זמן ההשבתה במהלך פינוי והמחסור תהליכים נדרש אחרת בעת בדיקת מערכות בנפרד. מצד שני, מערכת זו היא הזדמנות משמעותית עבור בדיקות ההרכבות מנוע צריך לפעול חבורה, אותו בלווין. המדחפים יכול להיות מותקן אנכית בעמודה בודדת ונבדק במהירות, אחת אחרי השנייה כדי למנוע אינטראקציות בין מערכות מנוע שונה. זה נבדקו יעיל בהערכה של עד 3 מודולים שונים במופע יחיד, צמצום זמן ההשבתה במהלך פינוי והמחסור תהליכים נדרש אחרת בעת בדיקת מערכות בנפרד באופן משמעותי.
זה חיוני כדי לקבוע הדחף במערכות micropropulsion באופן מדויק כל כך את פרמטרים כגון יעילות, ηeff מתקף סגולי את אניsp, מדויקים, ובכך, נותנת ייצוג אמין של התלות של ביצועי מנוע על פרמטרים של קלט שונים כגון זרימת הטען וכן כוח מסופקים המסופים השונים של המדחפים כפי שמוצג משוואות 1 ו- 2. באופן מפורש, הערכת ביצועים של מערכות micropropulsion בדרך כלל סובבת סביב המידה של דחף שנוצר מן המערכת-פרמטרי הפעלה שונות. לכן, מערכות הערכת ביצועים לכייל לפי קבוצת תקנים לפני להיות מותקן לתוך הסביבה שטח לשימוש אבחון ובדיקות על מנת להבטיח את אמינות, דיוק19.
<img alt="משוואת יעילות קוונטית, ηeff=T²/2mP, ייצוג נוסחה לניתוח מערכות אופטיות." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq1.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 1">
<img alt="משוואת דחף ספציפית \( I_{sp} = \frac{T}{mg} \) נוסחה, דיאגרמת ניתוח הנעה." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq2.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 2">
מערכות אופייניות להעסיק כוח כיול חיצונית לפני יחידות מידה דחף מותקנים לתוך סביבת הבדיקה38. עם זאת, מערכות כאלה חשבון עבור סביבות החלל המשפיעים על מאפייני הסטנדרטים כיול גשמי, ועבור חשמל, ואקום, תרמי משפיעה על ההשפלה של הסטנדרטים מכוילת במהלך דינמי הערכת ביצועים של המדחפים. יחידת הכיול האוטומטיות האלחוטי המוצגת באיור 5, מצד שני, מאפשרת לכיול באתרו של המערכת בסביבה מדומה לפני מנוע יהיה מבצעי. זה מהווה ההשפעות דינמי של סביבת הבדיקה על הבמה מדידה, ומאפשר מהירה כיול מחדש של המערכת לפני הירי של המדחפים. המערכת כוללת גם יחידה אימות סימטרי דחף null מודולריות אשר מאמת את הדחף באופן עצמאי. הוא מופעל בזמן מנוע פועל לניתוח באתרו של נגזרת דחיפות של נתון פריקה תנאים. התהליך כולו נעשה באמצעות MATLAB apps, המאפשר למשתמשים להתמקד ואופטימיזציה של חומרה ועיצוב של מערכות הנעה, מזרזת ביצוע בדיקות של מערכות כאלה. פרטים של שיטה זו פירט בסעיף שלהלן.

<table><tbody><tr><td>מיקרו-בקר</td><td>Arduino</td><td>Arduino Uno Rev 3</td><td></td></tr><tr><td>מכשיר תקשורת בלוטות'</td><td>SG Botic</td><td>WIR-02471</td><td></td></tr><tr><td>משאבה קריוגנית</td><td>ULVAC</td><td>CRYO-U12HLE&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>אוסצילוסקופ דיגיטלי</td><td>Yokogawa</td><td>DLM 2054</td><td></td></tr><tr><td>משאבה יבשה</td><td>Agilent</td><td>Triscroll-600</td><td></td></tr><tr><td>חיישן תזוזה לייזר ברזולוציה גבוהה</td><td>מיקרו-אפסילון</td><td>optoNCDT ILD-1420-50</td><td></td></tr><tr><td>בקר זרימת מסה</td><td>MKS</td><td>MKS M100B</td><td></td></tr><tr><td>ספקטרומטר פליטה</td><td>אופטית Avantes</td><td>AvaSpec-ULS2048XL-EVO</td><td></td></tr><tr><td>סרוו מנוע</td><td>מגדל פרו</td><td>מנוע סרוו SG90</td><td></td></tr><tr><td>מנוע צעד</td><td>מנוע מזרחי</td><td>PKP213D05A</td><td></td></tr><tr><td>משאבה טורבו-מולקולרית</td><td>פייפר</td><td>ATH-500M</td><td></td></tr></tbody></table>

אופטימיזציה, בדיקה ואבחון של הול ולמחקר מדחפים

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

ולמחקר חלליות ולווינים דורשים חכם, יעיל מאוד ועמיד נמוך-דחף מדחפים, מסוגל הפעולה המורחבת, אמין ללא נוכחות וכוונון. מנועי thermochemical אשר מנצלים את מאפייני התרמודינמית של גזים כאמצעי האצת יש את המגבלות הפיזיות על מהירות גז הפליטה שלהם, והתוצאה היא יעילות נמוכה. יתר על כן, מנגנונים אלה להפגין יעילות נמוכה ביותר-דחיפות קטנות, עשויים להיות מתאימים עבור מערכות הפעלה אשר מספקים בקרת גמישים בזמן אמת של החללית התמצאות, מהירות, מיקום באופן רציף. לעומת זאת, מערכות הנעה חשמליות אשר השתמש שדות אלקטרומגנטיים כדי להאיץ גזים מיונן (קרי, פלזמות) אין כל מגבלה פיזית מבחינת מהירות פליטה, המאפשר כמעט בכל המוניות נצילות מתקף סגולי. מנועי דחף נמוך אולם יש חיים שלמים של כמה אלפי שעות. שלהם טווחים מתח פריקה בין 100 ל 300 V, פועל ב כוח נומינלי של < 1 קילוואט. הם משתנים בין 20 ל- 100 מ מ בגודל. מדחפים הול גדול יכול לספק שברים של millinewton של דחף. במהלך העשורים האחרונים, חלה עניין גדל והולך מסה קטנה, צריכת חשמל נמוכה של מערכות הנעה יעילות גבוהה כדי נסיעה לוויינים של 50-200 ק ג. בעבודה זו, אנו נדגים כיצד לבנות מבחן, למטב קטן (30 מ"מ) אולם מנוע המסוגל משגע לוויין קטנות במשקל של-50 ק ג. אנו מראים את מנוע הפועלים מדמה סביבת חלל גדול, ואף לתאר כיצד נמדד דחף, פרמטרים חשמליים, כולל מאפיינים פלזמה, נאספים וכוח עיבוד להערכת פרמטרים מפתח מנוע. גם אנו נדגים כיצד מנוע ממוטבת כדי להפוך אותו לאחד המדחפים קטן היעילה ביותר שנבנה אי פעם. נתייחס גם האתגרים וההזדמנויות שהוצגו על-ידי מנוע חומרים חדשים.

הליך הכיול דחף, דחף הערכת ביצועים
הערכה של דחף ערכים משלב המדידה quadfilar דחף מגיע בשני שלבים. השלב הראשון הוא דרך קבלת כיול גורמים מיחידת הכיול האוטומטיות אלחוטית המוצג מימין איור 5. בתהליך זה כיול, משקולות בסדר הם הוריד על פני בר טפלון חלקות אשר מיתרגם ההשפעות אנכי של משקל כח אופקי כפי המצורפת את מנוע על הבמה quadfilar. חיישן תזוזה לייזר ברזולוציה גבוהה ואז מודד העקירה בכל פרק זמ...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לבדוק ולמטב את מערכות הנעה חלל בהתבסס על המדחפים אולם מסוג ולמחקר.

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

המטרה הכוללת של מצגת זו, היא להציג את המתודולוגיה המעורבת בבדיקת מנועי הנעה חשמליים מיוחדים במתקן סימולציה של סביבת חלל קרקעית. השיטות המעורבות כוללות מערכות אוטומטיות המשלבות אינטגרציה של חומרה-תוכנה למימוש מערכות חכמות לאבחון אוטומטי או מרוחק והערכת ביצועים של מודולי הנעה ומטענים אחרים בחלל. מרכז הנעת החלל, סינגפור, הוא מרכז מחקר במכון הלאומי לחינוך, האוניברסיטה הטכנולוגית של נאניאנג, סינגפור.סביבות הבדיקה שפותחו כאן כוללות שני מתקני הדמיית סביבת חלל למטרות שונות. סימולטור סביבת החלל קנה המידה מועסק באופן ראשוני בבדיקות לכל החיים של מדחפים. מדחפים מפוטרים לפרקי זמן ממושכים במתקן זה כדי להעריך את ההשפעות של נזקי פלזמה בערוצי מצוקה.ולאחר מכן להסיק את אורך החיים של המדחפים. שלב ההשעיה quadfilar מאפשר הדמיה נכונה של האופן שבו מודולי ההנעה המותקנים על מטענים שונים עשויים להשפיע בתמרון situ בחלל. זה מדומה באמצעות הרכבה והשעיה של המטען כולו על המערכת מושעה.לאחר מכן ניתן לירות את המדחפים ואת הפלטפורמה מושעה שבו המודולים מותקנים על הם המופעלים בהתאם לתנאים בחלל. המטוטלת הארבע-פילית גם מזרזת את תהליך האילוץ, הכיול וההתקנה של מדחפים ומודולים לבדיקה בסביבת החלל. עם התקנה זו נדרש רק מפעיל אחד במתקן הבדיקה כדי לנצל אפנון תדר על חוטי פיתול, כדי ליישר ולכייל את המערכת כולה.בסימולטור סביבת החלל בקנה מידה גדול מלבד שלב דחף מושעה quadfilar המאפשר נגזרת in situ של דחף, בדיקות רובוטיות מודולריות מפעילה מרחבית יכול גם להיות מותאם אישית להרכבה באמצעות יחידות מצורף להגדרה. ראוי גם לציין כי מתקן סביבת החלל הגדול כולל נקודות הרכבה רבות ומסננים אלקטרוניים אחיזת ואקום כדי לאפשר התקנה של מדחפים מרובים וציוד אבחון להערכת ביצועים בו זמנית. פעולה זו מפחיתה את זמן ההשבתה שנגרם כאשר התא מפונה ושואב במהלך התקנת גישה ותהליכי תצורה מחדש אם הבדיקות היו נעשות בנפרד.כעת נעבור על נהלי ההתקנה והכיול של המטוטלת הארבע-פילית לפני שנבחן יחידות הנעה. ראשית, ודא שכל הרכיבים מותקנים בתא כנדרש לבדיקות הבאות. בדוק את הקישוריות של כלי האבחון באופן חיצוני לפני איטום התא.השתמש בבקרת המתקן המשולבת כדי לאטום את התא. הפעל את משאבות ואקום בסדר מדורג החל המשאבות היבשות, משאבות טורבו מולקולרי ולאחר מכן משאבות קריוגניים. השתמש באפליקציות המפותחות כדי לסנכרן את המכשירים שלך עם המשדרים האלחוטיים בתא.תהליך הסינכרון הושלם, כאשר ה-LED המהבהב במשדרים מפסיק להבהב. לאחר הוואקום הרצוי הושג וקריאה ראשונית נלקחת את חיישן התזוזה בלייזר כבסיס. השתמש באפליקציה שפותחה כדי להפעיל הנחתת משקל מכויל לתרגום כוח בשלב הארבע-פירי.רשום את התזוזה מחיישן התזוזה בלייזר. חזור על תהליך הורדת המשקולות וההקלטה של שלב הארבע-פילינג של ההנעה עד להרחבת כל משקולות הכיול. צייר עקומת כיול כדי לקבל את גורם הכיול עבור המערכת המותקנת בשלב הארבע-פירי.לאחר מכן ניתן לפטר את המדחפים ואת הפרמטרים הרצויים ניתן ללכוד בזמן אמת על ידי תוכנית רכישת נתונים שנכתבה על ידי חוקרי הבית. לחלופין, ניתן להשתמש באפליקציה משולבת כדי להפוך את תהליך הכיול לאוטומטי לחלוטין תוך סנכרון רצף ההפעלה מהמנועים ורכישת הנתונים מהחיישנים בהתאם. כעת נעבור על ההליכים לאימות עצמאי של פרמטרי הדחף שהושגו למדידת Null וכיצד ניתן לעורר פרוקסי המופעל באופן מרחבי כדי להשיג פרופילי פלומה לאחר שבוצעו מדידות דחף.ראשית, יש ליטול קריאה בסיסית של המטוטלת הארבע-פיאליארית בתמונת שיווי המשקל. החלף מצב פרמטרים תפעוליים לערכים הרצויים בלוח הבקרה של המדחפים ולחץ על המדחפים. ברגע שהקרן תירה, חכו שהתנודות במטוטלת הארבע-פיליאר יתייצבו.לאחר הייצוב, השתמש באפליקציית הבקרה עבור מערכת המדידה Null כדי לגרום להורדת משקולות. המשקולות יורדות ללא הרף עד שלב quadfilar הוא מפעיל בחזרה לתוך שיווי משקל. לאחר הגעת מיקום שיווי המשקל, רצף ההפעלה מופסק והכוח הנדרש כדי להחזיר את מערכת quadfilar לשיווי משקל נקבע.לאחר מכן מופעל בלוק פקק כדי למנוע את הזזת השלב הארבע-פינארי. לאחר מכן מבוצע רצף גורף על הר הגשושית של המדידה המרחבית. רצף מסונכרן הוא לולאה כדי להשיג נתונים מן החללית בכל מיקום מרחבי ומאוחסן במערך כדי לנתח בהתאם.ניתן להתאים אישית בדיקות אחרות להיות מותקן על הקובץ המצורף מודולרי להשתמש במידע מרחבי על פרופילי הפלומה. בסעיף זה נעבור על תוצאות טיפוסיות המתקבלות רצף כיול, כמו גם פרופילי פלומת טיפוסיים שהושגו באמצעות סריקת בדיקה פאראדיי. כיול הדחף הארבע-פירי לשלב המדידה נעשה באמצעות ההעסקה של מנוע הבדיקה המונע עבור מערכת התרגום.על מנת להפיק את גורמי הכיול הנדרשים להפקת דחף במהלך משימות ניסיוניות. רצף זה מופעל על ידי מפעיל של תוכנית אוטומטית כדי להוריד משקולות כיול עדין לפעול אנכית ומתורגם אופקית כדי לדמות הפעלה כאשר המדחפים מופעלים. קריאות מחיישן תזוזת לייזר ברזולוציה גבוהה נלקחות בכל מרווח זמן ועקומת כיול נמשכת לאחר מכן כדי להשיג את גורם הכיול למדידות הבאות במערכת.בנתון זה, אנו רואים עקומת כיול טיפוסית המצויר במהלך תהליך כיול אוטומטי יחיד. כפי שניתן לראות, היישור וההתכונה הנכונים של שלב quadfilar תוצאות חלקת כיול ליניארי מאוד מניב גורם כיול של 27.65 מילי ניוטון לכל וולט. בהגדרה סטנדרטית למדידות דחף על פני מגוון רחב של כוחות.ניתן גם לשנות את ההתקנה כך שתתאים למשקולות כיול עבור משטרים מורחבים כפי שמוצג בעלימת כיול זו. החוטים פיתול מותאמים לרגישות והן משקולות כיול עדין כמובן כלולים להניב חלקת כיול כי הוא ליניארי בשני המשטרים. דגימה של מדידות in situ עבור דחף נגזר מוצגת איור זה.איור זה מראה כיצד מפעיל מסוגל לפקח על התלות של דחף על מתח פריקה. במהלך הניסוי, עד שהשחרור יכבה. באמצעות שלב מדידות דחף quadfilar, הצלחנו למדוד את הדחף המיוצר על ידי המדחפים כולו על כוח קלט שונים שניתנו על ידי זרם פריקה ומתח מיושם.באמצעות מידע זה, ניתן להשיג את הווריאציה של יעילות ודחף ספציפי ביחס לכוח הקלט. נתונים אלה מראים כיצד הדחף והדחף הספציפי משתנים עם כוח הקלט בארבעה שיעורי זרימה המוניים שונים. ונתון זה מראה כיצד היעילות תלויה בכוח הקלט.התוצאות מראות כי המדחפים כבר אופטימיזציה לעבוד על כוח קלט הוא מתחת 100 וואט, שם שיעורי זרימה נמוכים גרמו יעילות של כמעט 30% לאחר המדחפים מופעלת רצפי מדידה Null מופעלת כדי לאמת באופן עצמאי את האמון שהושג מהמערכת. כאשר הדחף נורה, הבמה נעקרות בהתאם לגודל ההנעה הנגזרת מהמערכת. יחידת המידה Null היא מערכת סימטרית המותקנת מול יחידת הכיול, אשר משתמשת במערכת תרגום כוח דומה כדי לתמרץ את הבמה בחזרה לשיווי משקל.חיישן תזוזה בלייזר מנטר באופן פעיל את התזוזה לאורך כל המדידה ומפעיל את מערכת ההפעלה כדי להפעיל רצף המסתיים רק כאשר משיגים שיווי משקל בסיסי. אופרטור הוא גם מסוגל לדמיין את פרופילי פלומה במקום כפי שמוצג דמות זו. נתון זה מראה כיצד כוח הפריקה משפיע על עוצמת צפיפות זרם הברזל הגבוהה והרוחב המלא בחצי מקסימום בהתאם.תהליכים פיזיקליים המהותיים לפלזמה ידועים בהנהגה ושליטה בארגון עצמי ובהרכבה עצמית במהלך סינתזת החומר. ב- QUT בשיתוף עם מקורות פלזמה ומרכז יישומים, אנו חוקרים כיצד אבני בניין אלה נוצרות, מעוצבות ומועברות למשטחים בתנאי הפלזמה השונים. אנו מקווים כי על ידי הבנת האופן שבו אלה טופס פלזמה ננו מבנים מתנהגים נוכל לתכנן תהליכים המבטיחים את המסירה בזמן ויעיל התאגדות רק כדי להוסיף את האתר שבו התיקון הוא באמת נחוץ.מספק לנו מערכות הנעת פלזמה כי הם משרתים זמן רב יותר ויעיל יותר. במצגת זו הצגנו סקירה של השיקולים שנעשו בעת תכנון מתקן לבדיקת מערכות הנעה ומודולים הניתנים לפריסה בסביבת חלל מדומה. בנוסף, הראינו את הרבגוניות ואת החוזקות של שימוש במערכות מבוססות מיקרו בקר עבור רכישת נתונים וניתוח, אשר ניתן להתאים במהירות לבצע מצבי הערכה אחרים בהתאם לדרישות המשימה המבצעית בהתאם.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

המטרה של פרוטוקול זה היא להציג את העיצוב של 100 קילוואט שיעור חלה-שדה מנוע magnetoplasmadynamic ושיטות ניסיוני הרלוונטיים.

100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

בנינו מודל סימולציה כדי להעריך את מאפייני זרימת המשאבה ואת הביצועים של מכלול משאבת המנוע הקואקסיאלי בעל הפיר הבודד במפעילים אלקטרוהידרוסטטיים ולחקור את היעילות הכוללת במגוון רחב של תנאי עבודה של מכלול משאבת המנוע בניסוי.

מידול וניתוח ניסיוני של מכלול משאבת המנוע הקואקסיאלי בעל פיר יחיד במפעילים אלקטרוהידרוסטטיים

מודל סימולציה התומך באופן ספציפי בתכנון ראשוני של משאבת תזוזה אלקטרו-משתנה (EVDP) מפותח ומאומת חלקית על ידי ניסויים. ניתן להעריך את ביצועי הבקרה, החיים, האמינות וכו ', באמצעות המודל המוצע, המכסה את דרישות הביצועים העיקריות תחת משימת התכנון הראשונית של EVDP.

שיטת מידול וסימולציה לתכנון ראשוני של משאבת תזוזה אלקטרו-משתנה

שימוש בגלבו פוטוניים גביש להאט את האור וחללי האומצה באופן נרחב על ידי קהילת פוטוניקה ביישומים רבים שונים. לכן ייצור ואפיון של התקנים אלה הם עניין רב. מאמר זה מתאר טכניקת הייצור שלנו ושתי שיטות אפיון אופטיות, דהיינו: פיזור interferometric (גלבו) ותהודה (עששת).

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

מתוארת הטכניקה של ערבוב ארבעה גלים פמטו-שניות, כולל תצורות שנפתרו ספקטרלית ונפתרו בזמן.  אנו מדגימים את התועלת של טכניקה זו לחקירת תכונות פיזיקליות חיוניות במוליכים למחצה מגנטיים מדוללים III-V, הניתנים על ידי האי-ליניאריות והרזולוציה הזמנית הגבוהה שלה.

מדידת דעיכת קוהרנטיות ב-GaMnA באמצעות ערבוב ארבעה גלים של פמטו-שנייה

מוצג פרוטוקול לייצור זכוכית נמסה גרעינית סינתטית, בדומה לטריניטיט.

ייצור סינטטי גרעינית ממיסים זכוכית

לקבלה-טומוגרפיה מיקרו קרינת synchrotron במחקר זה, טכניקת הדמיה תלת ממדים שאינם הרסנית, מועסק לחקור חבילת המיקרואלקטרוניקה כולו עם שטח חתך של 16 x 16 מ"מ. בשל השטף והבהירות הגבוהים של סינכרוטרון המדגם היה צלם רק 3 דקות עם ברזולוציית 8.7 מיקרומטר מרחבית.

שימוש Synchrotron קרינה Microtomography לחקור חבילות מיקרו-אלקטרוניים תלת ממדי רב היקף

פרוטוקול לבדיקה אלקטרוכימית של סוללת Li-O2 אפרוטית עם הכנת אלקטרודות ואלקטרוליטים ומבוא לשיטות האפיון הנפוצות מוצג כאן.

פרוטוקול של מבחן אלקטרוכימי אפיון Aprotic Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; סוללה

תהודת מיקרוגל מוליכים הם עניין לגילוי ואפיון חומרי יישומי מחשוב אור, קוונטים. עבודה זו מציגה נוהל מפורט ייצור ואפיון פרמטרי פיזור מהוד מיקרוגל מוליכים.

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

פרוטוקול למדידה מירויות להבת תערובת תגובתי המורכבת nonoxide tetraiodine (לי 4 O 9) ואלומיניום (Al) מוצג. שיטה לפתרון קינטיקה תגובה באמצעות סריקת calorimetry דיפרנציאלי (DSC) מוצגת אף הוא. נמצא כי לי 4 O 9 הם 150% תגובתי יותר יוד אחרות (V) תחמוצות.

קינטיקה התגובה ו שרפה Dynamics של לי<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ותערובות אלומיניום

חקור שיטות אופטימיזציה ובדיקה של מנועי הול ממוזערים למחקר מדחפים חשמליים. המאמר מציג מערכות אוטומטיות לאבחון מרחוק והערכת ביצועים בסביבת סימולציה של חלל.

אופטימיזציה, בדיקה ואבחון של הול ולמחקר מדחפים

גלה סרטונים נוספים