Name: 100 KW 클래스 적용 필드 Magnetoplasmadynamic 로켓 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 47 s
Description: 학습하세요 100kW급 자기플라스마동력 추진기 설계 및 실험 방법을 통해 우주항공 추진 시스템의 고효율 기술을 탐색하세요. 이 연구는 미래 고출력 우주 임무에 활용 가능합니다.

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이 작품은 기본적인 연구 프로그램 (제에 의해 지원 되었다 JCKY2017601C)입니다. 토마스 M. 뉴욕, 오하이오 주립 대학에서 명예 교수의 도움 부탁 드립니다.

1입니다. 실험을 위한 준비
<ol><li>자세 제어 분사기를 설치 합니다.<ol>
<li>클린 룸에서 무수 알코올로 흠뻑 로켓 withnon 먼지 옷감의 구성 요소를 닦아냅니다.</li>
		<li>절연체와 양극을 조립.</li>
		<li>음극 음극 홀더, 음극 커넥터 함께 가져.</li>
		<li>양극 부분에 음극 부분을 추가 합니다.</li>
		<li>조립에 중간 커넥터를 설치 하 고 나사 (육각 소켓 헤드 나사, M5 × 16) 수정.</li>
		<li>지게차는 실험 플랫폼 코일 시트를 설정 합니다.</li>
		<li>진공 챔버의 가이드 레일에 실험 플랫폼을 놓습니다.</li>
		<li>코일에 자세 제어 분사기를 설치 합니다.</li>
		<li>양극 및 음극 해당 전기 케이블로 연결 합니다.</li>
		<li>마그네틱 코일 코일 전원 소스와 연결 합니다.</li>
		<li>냉각 파이프 및 자세 제어 분사기와 분사 공급 파이프를 가입.</li>
		<li>코일을 냉각 파이프를 가입.</li>
		<li>그것에 내부 챔버 및 돌격의 서 수정 이동 플랫폼을 설치 합니다.</li>
		<li>자세 제어 분사기와 대상의 선 서로와 일치 하는 컨트롤을 만들기 위해 방사형 이동식 플랫폼의 위치를 조정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>추력 스탠드를 보정.<ol>
<li>하나 하나 교정 장치에 해당 하는 기록에 의해 돌격 대의 출력 (10 g, 50g, 100g, 200g), 서로 다른 가중치를 로드 합니다.</li>
		<li>하나 하나 무게를 언로 드.</li>
		<li>3 번 과정을 반복 이상.</li>
		<li>캘리브레이션 데이터에 따르면 돌격 대의 탄성 계수를 계산 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>진공 챔버 철수<ol>
<li>챔버의 문을 닫습니다.</li>
		<li>기계적인 펌프를 시작 합니다.</li>
		<li>배경 압력 챔버에 5 보다 낮은 경우 분자 펌프를 시작 실바</li>
		<li>배경 압력 챔버에는 0.05 보다 낮은 극저온 펌프 시작 실바</li>
		<li>1 x 10-4 실바를 도달 하는 압력에 대 한 대기</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 점화 및 추력 측정 실험
<ol><li>공기에 노출 되었을 경우 자세 제어 분사기를 예 열.<ol>
<li>신호를 녹음을 시작 합니다.</li>
		<li>40 mg/s에서 발사 화약 질량 유량을 설정 하 고 20 분 이상 공급 유지</li>
		<li>냉각 물 공급을 켭니다.</li>
		<li>10 Hz에서 물 펌프를 냉각의 작동 주파수를 설정 합니다.</li>
		<li>자세 제어 분사기에서 멀리 위치를 돌격 대를 이동 합니다.</li>
		<li>A. 90의 코일 전류 코일 전원 스위치</li>
		<li>240 a.의 방전 전류와 로켓 전원 스위치</li>
		<li>점화 전원 스위치.</li>
		<li>자세 제어 분사기는 5 분 이상 작업을 계속.</li>
		<li>로켓 전원 및 발사 화약 공급 전환.</li>
		<li>녹음을 중지 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>추력 측정<ol>
<li>자세 제어 분사기에서 550 m m 위치에 돌격 대를 이동 합니다.</li>
		<li>신호를 녹음을 시작 합니다.</li>
		<li>발사 화약 공급 시작.</li>
		<li>현재 90 A 코일 및 240 A 방전 전류 로켓 점화.</li>
		<li>코일 전류 150 a.를 증가</li>
		<li>증가 방전 전류 800 a.</li>
		<li>코일 전류 230 a.를 증가</li>
		<li>돌격 대의 출력 안정 되 면 자세 제어 분사기에서 전환 합니다.</li>
		<li>발사 화약 공급을 중지 합니다.</li>
		<li>녹음을 중지 합니다.</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>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜의 점화, 운영 및 100 kW 적용 클래스 필드 MPD 로켓의 추력 측정 프로세스를 설명합니다. 최적의 성능을 위해 MPD 자세 제어기 설계 핵심은 특정 목적에 따라 적절 한 구성을 선택 하 고 있다. MPD 자세 집중 분기 양극으로 대형 작업 범위에 정상 작동할 수 있습니다. 그러나, 성능 분기 양극으로 로켓 보다 낮은 수 있습니다. 빈 음극, 특히 멀티 채널 빈 음극, 대부분 측면에서 전통적인 막대 음극에 우량 하다. 빈 음극의 응용 자세 제어기 성능 향상을 위한 유익한 이며 분사 공급 모드에 대 한 선택을 제공 합니다. 빈 음극의 비용 제조는 상대적으로 높은 고체 음극과 비교입니다.
구조를 냉각 유체 회로 자세 제어 분사기의 작동을 위해 필요한 경우 10 분 이상 작동 하도록 설계 되었습니다. 또한 다른 선택26, 복잡 한 냉각수 파이프를 피할 수 있는 방사 냉각. 그러나,이 자세 제어 분사기의 방사형 대형을 발생할 수...

MPD 자세는 상대적으로 높은 추력 밀도 높은 비 추력1,2,3에 대 한 잘 알려져 있습니다. 그러나, MPD 로켓의 전형적인 돌격 효율1 은 노블 가스4,,56의 발사 화약, 특히 상대적으로 낮다. 대부분 MPD 자세에 대 한 분사 흐름의 일부는 양극과 음극7,8 , 방사형 구성 요소는 전체 출력의 상당 비율을 차지 하는 결과 함께 사이 틈새에서 방전 챔버에 주입 됩니다. 그러나, 돌격을 생성 하기 위해 방사형 운동 효과 물리적 노즐 또는 마그네틱 노즐 축 운동 모션으로 변환 해야 합니다. 따라서, 새로운 디자인 MPD 자세 제어 분사기의 주요 기능은 모든 발사 화약; 방사형 방전을 억제 하는 역할을 수 있는 음극을 통해 제공 되는 이 방법에서는, 축 에너지의 비율을 늘릴 수 있습니다. 거기는 추가 효과 양극 주변 플라즈마에서 홀 매개 변수9홀 가속 구성 요소 강화 수 있는 양극 주위 수 밀도의 감소에 의해 증가 될 수 있다. 이후 발사 화약 음극의 내부 표면에 가까운 초기 전자의 주입이이 모드에 방출 된다, 분사 이온화 율을 크게 늘릴 수 있습니다. 또한, 양극 길이 벽-플라즈마 연결 지역 고 양극 전력 증 착10,11을 줄이기 위해 최소화 되어 있다. 분기 양극 적용으로 양극과 자기장 라인 사이의 각도 감소와 양극 전력 증 착 더12,13감소 됩니다.
성능 향상을 위해 위에서 언급 된 장점에도 불구 하 고 음극 주입 완료 분사 공급 "증상" 현상14귀 착될 수 있는 양극 기아의 위험을 높일 수 있습니다. 이 문제를 억제 하기 위해 우리 음극 양극의 기지에 다시 철회 했습니다. 전자 수 있습니다 다음 양극 기아를 완화 하는 역할을 것 이다 양극 출구를 떠나기 전에 레이디얼 방향으로 충분히 무마 된다. 또한, 멀티 채널 빈 음극 채택 된다; 단일 채널 빈 음극에 비해, 멀티 채널 빈 음극 전자 방출 영역을 증가 수 그리고 발사 화약의 분포 보다 균일 하 게. 이 수정, 수명 및 자세 제어 분사기의 안정성 증가15,,1617일 수 있다.
자세 제어 분사기의 설계 능력은 100 kw 급 및 냉각 구조는 안정 상태 작업 필요. 현재 실험실 실험에서 효율적인 냉각 구조는 채택 된다. 그러나, MPD 자세 제어 분사기 디자인의 성능을 평가 하는 추진력을 얻기 위해 긴요 하다. 열 전달에 고압 물 시스템의 응용 프로그램, 우리가 전통적인 추력 측정을 사용 하는 경우 상당한 방해를 만들 수 있는 이러한 냉각 작업 중 강한 진동이 있을 것입니다. 따라서, 추력 대상 서 추력을 측정 하기 위해 채택 된다.
MPD 자세 제어 분사기
그림 1에서 보듯이, MPD 자세 제어 분사기는 양극, 음극 및 절연체의 구성 되어 있습니다. 양극의 최소 내경 60 m m는 원통형 분기 노즐, 구리의 이루어집니다. S 자 모양의 냉각 채널 양극의 안 벽이 있다. 입구와 출구는 채널의는 한 배플으로 구분 되는 양극, 상단입니다. 양극 및 전기 케이블을 연결 하는 가느다란 구리 블록 채택 된다. 교차점은 양극의 외부 표면에.
음극 재료 9 분사로 탄탈 텅스텐입니다. 음극의 외경 16 m m 이다. 음극의 냉각 수냉 홀더 음극 기지 주변으로 이루어집니다. 홀더 내부 고리 모양의 채널이입니다. 냉 수는 아래와 위 로부터 밖으로 흐름에서 홀더에 주입 됩니다. 빈 음극 커넥터는 음극의 왼쪽에 있다. 빈 음극 챔버;로 커넥터의 센터를 통해 분사 흐름 큰 구멍 9 좁은 원통형 채널 연결 음극 기지 안에 있다. 캐비티 9 채널에서 분사 분포의 균일성을 높이기 위해 버퍼 역할을 합니다. 음극 음극 커넥터 주위에 설치 된 고리 모양의 구리 블록 전기 케이블에 연결 된다.
자세 제어 분사기 본체 이외에 외부 자석 코일은 또한 AF MPD 자세 제어 분사기;에 메커니즘에 대 한 필드를 생성 하는 데 필요한 자기장 전기장 함께 플라즈마를 가속 화 하기 위해 집중 분기 자기장을 제공 합니다. 288 회전 원형 구리 파이프, 모두 전기 전류와 냉각 물 통로 역할의 필드 코일에 의하여 이루어져 있다. 외부 직경은 500 m m 코일 내경 150 m m 이다. 중앙에는 높은 강도 0.25 T 230 a.의 전류
실험 시스템
실험 시스템 6 하위 시스템을 포함합니다. 실험 시스템의 전체 레이아웃의 회로도 그림 2;에 표시 됩니다. 진공 챔버 내부 로켓의 레이아웃은 그림 3에 표시 됩니다.
첫째, 자세 제어기 작업에 필요한 진공 환경 제공, 진공 시스템 한 진공 챔버, 두 기계 펌프, 분자 펌프, 4 극저온 펌프의 구성 되어 있습니다. 챔버의 직경 3 m 이며 길이 5 m. 0.01에서 환경 압력을 유지할 수 있다 Pa (아르곤) 발사 화약의 흐름 속도 더 이상 40 mg/s 때.
둘째,이 소스 시스템 점화 자세 제어 분사기, 고전압 펄스 플라즈마, 가속에 로켓에 대 한 파워를 제공 한다와 외부 자기장을 유지 하기 위해 자기장 코일 전원을 제공 합니다 제공 합니다. 점화 전원 공급 장치, 자세 제어기 전원, 코일 전원 및 케이블 전원 시스템에 의하여 이루어져 있다. 점화 전원 8 제공할 수 kV 또는 15 kV 방전 전압. 로켓 전원 제공 최대 1000 a. 직류 코일 전원 제공 직류 최대 240 a.
셋째, 발사 화약 공급 시스템 로켓에 대 한 가스 발사 화약을 피드. 시스템은 주로 가스 소스를 포함, 질량 흐름 속도 컨트롤러와 가스 공급 파이프라인.
4 하위 시스템은 제공 하는 멋진 고압 물 분사기, 마그네틱 코일 및 전원의 열 교환 하는 냉각 시스템. 그림 4에서처럼 시스템 이루어져 있다 펌프, 물 탱크, 냉장고, 물 공급 파이프라인, 펌프 컨트롤러. 비 전도성 파이프 진공 챔버 내부 마그네틱 코일, 고 자세 제어 분사기에 대 한 냉각 물 터미널을 제공 하 고 양극, 음극, 그리고 지상 중 그 전기 절연을 보장.
수집 및 제어 시스템 로켓 작업 조건 및 다른 시스템의 제어 동작을 측정 하는 신호를 기록할 수 있습니다. 그것은 3 개의 컴퓨터와 해당 소프트웨어, 데이터 수집 카드와 케이블의 구성 됩니다.
그림 5에서 보듯이 추력 대상 서 판 대상, 슬림 빔, 변위 센서, 지원 프레임, 축 이동 플랫폼 및 방사형 이동식 플랫폼의 구성 되어 있습니다. 대상 목표를 못 살게 굴지 플라즈마를 가로챌 수 있습니다. 추력18평가 활성화 이렇게에서 대상 뒤에 배치 하는 센서에 의해 대상의 변위를 측정할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>극저온 펌프</td><td>Brooks 자동화</td><td></td><td>펌핑 속도: 10000L/s</td></tr><tr><td>변위 센서</td><td>Panasonic</td><td>HG-C1030</td><td>반복 정밀도: 10&mu; m 선형성: &plusmn; 0.1% 입점</td></tr><tr><td>질량 유량 컨트롤러</td><td>Brooks 자동화</td><td></td><td>범위: 0-120mg/s</td></tr><tr><td>분자 펌프</td><td>Oerlikon</td><td></td><td>펌핑 속도: 2100L/s</td></tr><tr><td>이동식 플랜트폼</td><td>Beijing Weina Guangke 자동화 장비 Co., Ltd.</td><td></td><td>범위: 0-2000mm</td></tr><tr><td>Plsatic Water Pipes</td><td>Xingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd.</td><td></td><td>궁극의 압력: 4.5MPa</td></tr><tr><td>발사 화약, 아르곤,</td><td>베이징 Huanyu Hinghui 가스 기술 Co., 주식 회사.</td><td></td><td>순도 : 99.999 %</td></tr> <tr><td>냉장고</td><td>Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd.</td><td></td><td>냉동 동력 : 45kW</td></tr><tr><td>워터 펌프</td><td>Liaocheng Vanguard Motor Co., Ltd.; Co., 주식 회사를 제조하는 상해 사람들 펌프 기업 그룹; Nanfang 펌프 유한 회사</td><td></td><td>최대 출력 압력: 원심 펌프: 1MPa 플런저 펌프: 10MPa</td></tr></tbody></table>

100 kw 클래스 적용 필드 magnetoplasmadynamic 로켓

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

적용 필드 magnetoplasmadynamic 로켓 (AF-MPD 자세)는 전자기 있는 하이브리드 가속기 및 가스 동적 프로세스 가속 플라즈마 고속; 그들은 높은 비 추력의 중요 한 장점으로 미래 공간 응용 프로그램에 대 한 상당한 잠재력 있고 밀도 추력. 이 종이에 선물이 디자인 하 고 제조 구조, 130 V 최대 방전 전압, 800 A 최대 방전 전류, 및 0.25 T 최대 자기장의 강도 수냉식으로 AF MPD 자세 제어 분사기의 100 kw 급 클래스에 대 한 프로토콜의 시리즈. 빈 탄탈 텅스텐 음극 역할만 분사 입구 방사형 방전을 억제 하 고 그것은 축방향 양극의 뒤쪽에 양극 기아 구호 하기 위하여. 원통형 분기 구리 양극 양극 전력 증 착, 길이 벽-플라즈마 연결 지역 감소 감소 되었습니다 감소 채택 된다. 진공을 활용 하는 실험 0.01의 작업 진공을 얻을 수 있는 시스템 총 발사 화약 질량 유량에 대 한 Pa 40 mg 보다 낮은 속도/s 및 대상 추력 스탠드. 로켓 테스트 성능에 분사 유량, 방전 전류, 적용 된 자기장의 강도와 같은 작업 매개 변수의 효과 측정 하 고 적절 한 분석 실행 되었다. 자세 제어 분사기 빈 음극 표면에 작은 침식 상당한 기간 동안 지속적으로 동작할 수 있습니다. 자세 제어 분사기의 최대 힘은 100 kw 급, 그리고이 물의 구성의 성능 비교 문학에서 보고 하는 로켓의은.

실험에서 우리가 제어 방전 전류 (Id), 발사 화약 질량 rate(m) 흐름과 자기장 (Ba)를 적용. 작업에서 우리는 출력 전압 (Vd)의 값을 측정 하 고 추력 (T)에서 어떤 자료 우리가 얻을 수 있는 다른 성능 매개 변수 파워 (P), 비 추력 (Isp)와 같은 추력 효율 (η)1.
출력 전압의 전형적인 신호는 그림 6에 표시 됩니다. 전원의 시작, 시는 개방 회로 전압 양극과 음극의 값은 약 230 V 사이 있을 것입니다. 이 개방 회로 전압은 방전 챔버;에 중립 추진제 뜨 충분히 높은 우리는 로켓을 점화 하는 높은 주파수 방전 전압을 적용 해야 합니다. 점화 후 전압 줄어 급속 하 게; 발진의 기간 후에 일정 한 값에 다음 전압 동향.
<p clas...

이 프로토콜의 목표는 100의 디자인을 소개 하는 원 클래스 적용 필드 magnetoplasmadynamic 로켓 및 관련 실험 방법.

100 KW 클래스 적용 필드 Magnetoplasmadynamic 로켓

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

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.

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