100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

מטרת פרוטוקול זה היא להציג את העיצוב של מחלקה 100 קילוואט מחלקה יישומית שדה מגנטופלסמדינמית ואת השיטה יחסית ניסוי. מדחפים מגנטופלסמדינמיים, כלומר מדחפים MPD, הוא מאיץ חשמלי טיפוסי. היא ידועה בדחף ספציפי גבוה ובצפיפות מדחפים גבוהה, ומתייחסים אליה כאל מועמדת עיקרית להנעה העיקרית שלנו במשימות החלל העתידיות שלנו.

במאמר זה, נציג עיצוב של מדחפים MPD מסוג 100 קילוואט, מערכות הניסוי הדרושות לערוך ניסוי מדחפים יחסי ואת שלבי הפעולה כדי לסיים את הניסוי הזה. תכנון מדחפים. המדחפים מורכבים בעיקר מ אנודה, קתודה ומבודד.

האנודה עשויה מנחושת עם חריר צילינדר מתפצל, הקוטר הפנימי המינימלי שלו הוא 60 מילימטרים. הקתודה בנויה מטנטלום טונגסטן עם תשעה תעלות דלק, הקוטר החיצוני שלהן הוא 16 מילימטרים. בצד שמאל יש מחבר קתודה חלול.

המדחף זורם דרך מרכז המחבר ולהגיע לקתודה החלולה. יש חלל גדול בתוך בסיס הקתודה המתחבר לתשעה ערוצים גליליים. החלל פועל כחוצץ כדי להגדיל את האחידות של התפלגות המדחף בתשעה ערוצים.

הקתודה מחוברת לכבל החשמלי עם בלוק נחושת סובב, המותקן סביב מחבר הקתודה. מלבד הגוף העיקרי של המדחפים, סליל מגנטי חיצוני הוא גם הכרחי לעבודה של מדחפים MPD. סליל מורכב 288 סיבובים צינורות נחושת מעגל אשר לשמש המעבר עבור זרם חשמלי ומי קירור.

הקוטר הפנימי של סליל הוא 150 מילימטרים, בעוד הקוטר החיצוני הוא 500 מילימטרים. חוזק השדה הגבוה ביותר במרכז הוא 0.25 telsa. מערכת ניסוי.

מערכת הניסוי מספקת את התנאים הדרושים לניסוי, הכולל בעיקר שש תת-מערכות. ראשית, מערכת ואקום מספקת את סביבת הוואקום הדרושה למדחפים. וקוטר התא הוא שלושה מטרים, בעוד האורך הוא שני מטרים.

לחץ הסביבה יכול לשמור תחת 0.01 פסקל. שנית, מערכת מקור כוח. מערכת מקור כוח מורכבת ממקור כוח הצתה, מקור כוח מדחפים, מקור חשמל סליל וכבלים.

מקור כוח ההצתה יכול לספק מתח פריקה של שמונה קילו-וולט או 15 קילו-וולט. מקור הכוח של המדחפים מספק זרם ישיר של עד 1,000 אמפר. מקור הכוח של סליל מספק זרם ישיר עד 240 אמפר.

השלישי הוא מערכת אספקת דלק, אשר מאכיל דלק גז עבור מדחפים. מערכת זו כוללת בעיקר מקור גז, בקר קצב זרימה המוני וצינורות אספקת גז. הרביעית היא מערכת קירור מים, המספקת מים בלחץ גבוה להחלפת החום הנוסף של המדחפים, סליל מגנטי ומקורות חשמל.

לאחר מכן היא מערכת רכישה ובקרה, אשר יכול להקליט את האותות של תנאי פעולה מדחפים ולשלוט במערכות אחרות. האחרון הוא מערכת מדידת דחף היעד, אשר ניתן להשתמש בהם כדי למדוד את הדחף. מעמד דחף היעד מורכב בעיקר ממטרת לוח, קרן רזה, חיישן תזוזה, מסגרת תמיכה, פלטפורמה מטלטלין אקסיאלית ופלטפורמת רדיו מטלטלין.

הפלזמה יכולה להיות מיורטת על ידי המטרה, והמטרה תידחף על ידי הפלזמה. התזוזה של המטרה יכולה להימדד על ידי החיישן הממוקם מאחורי המטרה. בדרך זו, אנחנו יכולים להעריך את הדחף.

הכנה לניסוי. התקן את המדחפים. נגב את מרכיבי המדחפים עם אלכוהול בחדר נקי.

להרכיב את האנודה עם המבודד. איחדו את מחבר הקתודה, מחזיק הקתודה והקתודה. מוסיפים את חלק הקתודה לחלק האנודה.

התקן את המחבר האמצעי במכלול ותקן אותו באמצעות ברגים. להקים את מושב סליל על פלטפורמת ניסוי עם מלגזה. הנח את רציף הניסוי על מעקה מנחה של תא הוואקום.

התקן את המדחפים על סליל. קשר את האנודה ואת הקתודה עם כבלים חשמליים מתאימים. קשר את סליל מגנטי עם מקור כוח סליל.

חבר את צינורות קירור המים ואת צינור אספקת דלק עם מדחפים. חבר את צינורות קירור המים עם סליל. התקן את הפלטפורמה מטלטלין בתוך התא ולתקן את הגוף העיקרי של דחף לעמוד על זה.

להתאים את המיקום של הפלטפורמה מטלטלין כדי להפוך את הקו המרכזי של המדחפים ואת היעד לוותר אחד עם השני. אז נשתף פעולה עם דוכן הדחף. ראשית, לטעון משקלים שונים על מכשיר שיתוף הפעולה ולהקליט פלט המתאים של מעמד הדחף.

חזור על התהליך במשך שלוש פעמים לפחות. אז אנחנו יכולים לחשב את המקדם האלסטי של מעמד הדחף על פי נתוני הכיול. לשאוב את תא הוואקום.

סגור את דלת התא. התחל את המשאבות המכניות. התחל את המשאבות המולקולריות כאשר לחץ הרקע בתא נמוך מחמישה פסקל.

התחל את המשאבות קריוגניים כאשר לחץ הרקע בתא נמוך מ 0.05 פסקל. חכה שהלחץ יגיע ל-10 לכוח של מינוס ארבעה פסקל. ניסוי הצתה ומדידת דחף.

אנחנו צריכים מחממים מראש את המדחפים אם המדחפים נחשפו לאוויר. תתחיל להקליט את האות. הגדר את קצב זרימת מסת המדחף על 40 מיליגרם ולהמשיך לספק לפחות 20 דקות.

הפעל את אספקת מי הקירור. הגדר את תדירות העבודה של משאבות קירור מים אנודה קתודה ב 10 הרץ. הזז את מעמד הדחף למיקום הרחק מהמדחף.

הפעל את מקור הכוח סליל עם זרם סליל של 90 אמפר. הפעל את מקור הכוח של המדחפים עם זרם הפריקה של 240 אמפר. הפעל את מקור כוח ההצתה.

שמור על המדחפים עובדים לפחות חמש דקות. כבה את מקור הכוח של המדחפים ואת אספקת המדחף. עצור את הקידוד מחדש.

לאחר ההתחממות המוקדמת, אנו יכולים לבצע את מדידת הדחף. הזז את מעמד הדחף למיקום 550 מילימטרים מהמדחף. תתחיל להקליט את האות.

התחל את אספקת המדחף. הציתו את המדחפים עם זרם סליל 90 אמפר ותזרים פריקה של 240 אמפר. הגדל את זרם סליל ל 90 אמפר.

לאחר מכן, להגדיל את זרם הפריקה ל 800 אמפר. לאחר מכן להגדיל את זרם סליל ל 230 אמפר. כבה את המדחפים כאשר הפלט של מעמד הדחף הופך יציב.

עצור את אספקת המדחף. עצור את הקידוד מחדש. תוצאות מייצגות.

בניסויים, אנו שולטים בזרם הפריקה, בקצב זרימת מסת המדחף ובהחלת השדה המגנטי. לאחר מכן אנו מודדים את הערך של מתח פריקה ודחף המבוסס על אשר אנו יכולים לקבל פרמטר ביצועים אחרים כמו כוח, דחף ספציפי ויעילות דחף. אות אופייני של מתח פריקה מוצג בנתון זה.

לאחר הפעלת מקור הכוח, מתח גבוה יועסק על המדחפים כדי לשבור את המדחף הניטרלי. לאחר ההצתה, מגמות המתח לערך קבוע ובעצם שומרות על קבועות. אז נוכל לומר שההצתה הצליחה.

תוצאת מדידת דחף טיפוסית מוצגת בנתון זה. אנחנו מתחילים להקליט את האות של מעמד המדחפים לפני אספקת המדחף, אשר מטופל כנקודת דחף אפס. יהיה דחף קל לאחר אספקת המדחף.

לאחר ההצתה, תהיה תנודות גדולות. אז הדחף נוטה לערך קבוע. יהיה אפס להיסחף עקב עיוות תרמי של היעד, הערך של אשר הוא 50 מילניטון.

השגיאה הנגרמת על ידי הסחף היא לא יותר מ 1%הנתון מראה את מאפייני הפריקה במהלך חצי שעה להמשיך לעבוד. אנו מתמרנים כי מגמות המדחפים למצב יציב במהירות לאחר ההצתה, והמתח יציב מאוד בתקופה זו. איור זה מראה את השינויים במראה של קתודה חלולה טנטלום טונגסטן לפני ואחרי ניסויים.

זמן הניסוי הכולל הוא יותר מעשר שעות. אנחנו יכולים למצוא שחיקה קלה מתחלקת באופן אחיד על פני השטח החיצוניים של הקתודה, מה שאומר שלמשטח יש פוטנציאל לעבוד הרבה יותר זמן מעשר שעות. לאחר מבחן המשך העבודה, חקרנו את הביצועים של המדחפים בטווח הכוח של 50 עד 100 קילוואט.

הביצועים הטובים ביותר מתקבלים ב 99.5 קילוואט בעוד הדחף הוא 3, 052 מילניטון. דחף ספציפי הוא 4, 359 שניות, ויעילות הדחף היא 67%ראוי לציין כי כאשר המדחפים מגיע הביצועים הטובים ביותר, לחץ הרקע הוא 0.2 פסקל. ביצועים נמדדים עשויים להיות גבוהים יותר מהערך בפועל בשל ההשפעה של לחץ גבוה.

בודק עשוי טנטלום טונגסטן וזה מראה את ההתנגדות המבצעית. כוח הגז הוא 100 קילוואט עם דחף של 3, 050 מילניוטון, הדחף הספציפי של 4, 300 שניות, והיעילות של 67%