100 KW 클래스 적용 필드 Magnetoplasmadynamic 로켓

이 프로토콜의 목표는 100킬로와트 급 적용 필드 마그네로플라즈마역학 추진기 및 상대 실험 방법의 설계를 소개하는 것입니다. MPD 추진기인 마그네토플라즈마역학 추진기는 전형적인 전기 가속기입니다. 그것은 높은 특정 충동과 높은 추진기 밀도로 잘 알려져 있으며, 미래의 고출력 우주 임무에서 우리의 주요 추진을위한 주요 후보로 취급됩니다.

이 기사에서는 100킬로와트급 적용필드 MPD 추진기, 상대 적인 추진기 실험을 유지하는 데 필요한 실험 시스템 및 이 실험을 완료하기 위한 작업 단계를 소개합니다. 스러스터 디자인. 추진기는 주로 양극, 음극 및 절연체로 구성됩니다.

양극은 기통 이견 노즐이 있는 구리로 만들어졌으며, 최소 내부 직경은 60mm입니다. 음극은 9개의 추진제 채널이 있는 탄탈룸 텅스텐으로 지어졌으며, 그 중 외직경은 16mm입니다. 왼쪽에는 중공 음극 커넥터가 있습니다.

추진제는 커넥터의 중앙을 통해 흐르고 중공 음극에 도달합니다. 음극 기지 내부에는 9개의 원통형 채널과 연결되는 큰 구멍이 있습니다. 캐비티는 9개의 채널에서 추진제 분포의 균일성을 증가시키는 버퍼 역할을 한다.

음극은 음극 커넥터 주위에 설치된 환상 구리 블록이있는 전기 케이블에 연결되어 있습니다. 추진기의 본체 외에도 MPD 추진기의 작동에도 외부 자기 코일이 필요합니다. 코일은 288회전으로 구성되며, 이는 전류와 냉각수 의 통로 역할을 합니다.

코일의 내경은 150mm이고 외경은 500mm입니다. 중앙에서 가장 높은 필드 강도는 0.25 텔사입니다. 실험 시스템.

실험 시스템은 주로 6개의 하위 시스템을 포함하는 실험에 필요한 조건을 제공합니다. 첫째, 진공 시스템은 추진기에 필요한 진공 환경을 제공합니다. 그리고 챔버의 직경은 3 미터, 길이는 2 미터 동안.

환경 압력은 0.01 파스칼 미만으로 유지될 수 있습니다. 둘째, 전원 시스템. 전원 시스템은 점화 전원, 추진기 전원, 코일 전원 및 케이블로 구성됩니다.

점화 전원은 8킬로볼트 또는 15킬로볼트 방전 전압을 제공할 수 있습니다. 추진기 전원은 최대 1, 000 암페어의 직류를 제공합니다. 코일 전원은 최대 240 ampere의 직접 전류를 제공합니다.

세 번째는 추진기용 가스 추진제를 공급하는 추진제 공급 시스템입니다. 이 시스템에는 주로 가스 소스, 질량 유속 컨트롤러 및 가스 공급 파이프라인이 포함됩니다. 네 번째는 추력기, 자기 코일 및 전원의 여분의 열을 교환하기 위해 고압 물을 제공하는 물 냉각 시스템입니다.

그런 다음 추진기 작동 조건의 신호를 기록하고 다른 시스템을 제어 할 수있는 인수 및 제어 시스템입니다. 마지막 하나는 추력을 측정하는 데 사용할 수 있는 표적 추력 측정 시스템입니다. 대상 추력 스탠드는 주로 플레이트 대상, 날씬한 빔, 변위 센서, 지지 프레임, 축 이동식 플랫폼 및 무선 이동식 플랫폼으로 구성됩니다.

플라즈마는 대상에 의해 가로챌 수 있으며, 대상은 플라즈마에 의해 밀려나게 됩니다. 대상의 변위는 대상 뒤에 배치된 센서에 의해 측정될 수 있다. 이 방법으로 추력을 평가할 수 있습니다.

실험 준비. 추진기를 설치합니다. 깨끗한 방에서 알코올로 추진기의 구성 요소를 닦아.

절연체로 양극을 조립합니다. 음극, 음극 홀더 및 음극 커넥터를 함께 가져옵니다. 양극 부분에 음극 부분을 추가합니다.

중간 커넥터를 어셈블리에 설치하고 나사로 수정합니다. 지게차로 실험 플랫폼에 코일 시트를 설치합니다. 진공 챔버의 가이드 레일에 실험 플랫폼을 배치합니다.

코일에 추진기를 설치합니다. 양극과 음극을 해당 전기 케이블과 연결합니다. 마그네틱 코일을 코일 전원과 연결합니다.

물 냉각 파이프와 추진제 공급 파이프를 추진기와 결합합니다. 코일과 물 냉각 파이프에 가입하십시오. 챔버 내부에 이동 식 플랫폼을 설치하고 추력 스탠드의 본체를 고정합니다.

추진 플랫폼의 위치를 조정하여 추진기의 중심선과 대상이 서로 양보하도록 합니다. 그런 다음 추력 스탠드를 공동 작업합니다. 첫째, 공동 작업 장치에 다른 가중치를 로드하고 추력 스탠드의 해당 출력을 기록합니다.

적어도 세 번 과정을 반복합니다. 그런 다음 교정 데이터에 따라 추력 스탠드의 탄성 계수를 계산할 수 있습니다. 진공 챔버를 진공 청소기로 청소합니다.

챔버의 문을 닫습니다. 기계 펌프를 시작합니다. 챔버의 배경 압력이 5 파스칼보다 낮을 때 분자 펌프를 시작합니다.

챔버의 배경 압력이 0.05 파스칼보다 낮을 때 극저온 펌프를 시작합니다. 압력이 마이너스 네 파스칼의 힘에 10에 도달 할 때까지 기다립니다. 점화 및 추력 측정 실험.

추력기가 공중에 노출된 경우 추진기를 예열해야 합니다. 신호 녹음을 시작합니다. 추진제 질량 유량을 40밀리그램으로 설정하고 최소 20분 동안 계속 공급합니다.

냉각수 공급을 켭다. 양극 및 음극 물 냉각 펌프의 작동 주파수를 10 hertz에서 설정합니다. 추력 스탠드를 추진기에서 멀리 떨어진 위치로 이동합니다.

90 암페어의 코일 전류로 코일 전원을 켭다. 240 암페어의 방전 전류로 추진기 전원을 켭다. 점화 전원을 켭다.

추진기를 5분 이상 작동시하십시오. 추진기 전원 및 추진제 공급을 끕끕을 끕다. 다시 코딩을 중지합니다.

예열 후 추력 측정을 수행할 수 있습니다. 추력 스탠드를 추진기에서 550mm 위치로 이동합니다. 신호 녹음을 시작합니다.

추진제 공급을 시작합니다. 90 암페어 코일 전류와 240 암페어 배출 전류로 추진기를 점화. 코일 전류를 90 암페어로 늘립니다.

이어서, 800 암페어로 배출 전류를 증가시다. 그런 다음 코일 전류를 230 암페어로 늘립니다. 추력 스탠드의 출력이 안정되면 추진기를 끕드합니다.

추진제 공급을 중지합니다. 다시 코딩을 중지합니다. 대표적인 결과.

실험에서, 우리는 방전 전류, 추진제 질량 유량 및 적용 자기장을 제어합니다. 그런 다음 전력, 특정 임펄스 및 추력 효율과 같은 다른 성능 매개 변수를 얻을 수있는 에 따라 방전 전압 및 추력의 값을 측정합니다. 방전 전압의 전형적인 신호가 이 그림에 표시됩니다.

전원을 켠 후 추진기에 고전압을 사용하여 중립 추진제를 분해합니다. 점화 후 전압은 일정한 값으로 추세이며 기본적으로 일정하게 유지됩니다. 그런 다음 발화가 성공했다고 말할 수 있습니다.

일반적인 추력 측정 결과는 이 그림에 표시됩니다. 추진체 가 공급 하기 전에 추진기 스탠드의 신호를 기록 하기 시작, 제로 추력 점으로 처리 됩니다. 추진제를 공급한 후 약간의 추력이 있을 것입니다.

점화 후, 큰 진동이있을 것입니다. 그런 다음 추력은 꾸준한 값으로 경향이 있습니다. 대상의 열 변형으로 인해 0드리프트가 있을 것이며, 그 값은 50밀리뉴턴입니다.

드리프트에 의한 오차는 1%를 초과하지 않으며 반시간 동안 방전 특성을 나타내고 계속 작업한다. 우리는 발화 후 빠르게 상태를 안정시키는 추진기 추세와이 기간 동안 전압이 매우 안정적이라는 것을 응모합니다. 이 그림은 실험 전후에 탄탈룸 텅스텐 중공 음극의 외관 변화를 보여줍니다.

총 실험 시간은 10시간 이상입니다. 우리는 음극의 외부 표면에 균일하게 분배 약간의 침식을 찾을 수 있습니다, 이는 추진기가 10 시간보다 훨씬 더 긴 시간 동안 작동 할 수있는 잠재력을 가지고 의미. 계속 작업 테스트 후, 우리는 50 ~ 100 킬로와트의 전력 범위에서 추진기의 성능을 탐구했다.

최고의 성능은 99.5 킬로와트에서 얻을 수 있으며 추력은 3, 052 밀리 뉴턴입니다. 특정 임펄스는 4, 359초, 추력 효율은 67%이며, 스러스터가 최상의 성능에 도달하면 배경 압력이 0.2 파스칼이라는 점은 주목할 만하다. 측정된 성능은 고압의 영향으로 인해 실제 값보다 높을 수 있습니다.

테스터는 탄탈룸 텅스텐으로 만들어졌으며 작동 저항성을 보여줍니다. 가스 전력은 3, 050 밀리 뉴턴의 추력, 4, 300 초의 특정 충동, 67 %의 효율로 100 킬로와트입니다.