Optymalizacja, testowanie i diagnostyka zminiaturyzowanych sterów strumieniowych hali

Ogólnym celem tej prezentacji jest przedstawienie metodologii związanej z testowaniem specjalistycznych elektrycznych silników napędowych w naziemnym ośrodku symulacji środowiska kosmicznego. Zastosowane metody obejmują zautomatyzowane systemy, które obejmują integrację sprzętu i oprogramowania w celu realizacji inteligentnych systemów do zautomatyzowanej lub zdalnej diagnostyki i oceny wydajności modułów napędowych i innych ładunków w kosmosie. Centrum napędów kosmicznych w Singapurze jest ośrodkiem badawczym w Narodowym Instytucie Edukacji Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze.

Opracowane tutaj środowiska testowe obejmują dwa urządzenia do symulacji środowiska kosmicznego do różnych celów. Symulator skalowanego środowiska kosmicznego jest stosowany głównie w testach silników przez cały okres użytkowania. Silniki strumieniowe są uruchamiane przez dłuższy czas w tym obiekcie, aby ocenić wpływ uszkodzeń plazmy na kanały alarmowe.

a następnie wywnioskować czas życia sterów strumieniowych. Czworokątny stopień podwieszany pozwala na właściwą wizualizację tego, w jaki sposób moduły napędowe zamontowane na różnych ładunkach mogą wpływać na manewr in situ w przestrzeni kosmicznej. Jest to symulowane poprzez montaż i zawieszenie całego ładunku na zawieszonym systemie.

Silniki strumieniowe mogą być następnie odpalane, a podwieszana platforma, na której zamontowane są moduły, jest uruchamiana w zależności od warunków panujących w przestrzeni. Wahadło czworokątne przyspiesza również proces poziomowania, kalibracji i montażu silników i modułów do testów w środowisku kosmicznym. W przypadku tej konfiguracji w obiekcie testowym potrzebny jest tylko jeden operator, który wykorzystuje modulację częstotliwości na drutach skrętnych w celu wypoziomowania i kalibracji całego systemu.

W wielkoskalowym symulatorze środowiska kosmicznego, oprócz czterostopniowego stopnia oporowego, który umożliwia wyprowadzenie ciągu na miejscu, modułowe sondy robotyczne uruchamiane przestrzennie można również dostosować do montażu za pomocą konfigurowalnych jednostek mocujących. Warto również zauważyć, że duży Space Environment Facility wyposażony jest w liczne punkty montażowe i elektroniczne filtry z uchwytem próżniowym, co pozwala na instalację wielu silników i sprzętu diagnostycznego do jednoczesnej oceny wydajności. Skraca to czas przestoju, gdy komora jest opróżniana i pompowana podczas procesów instalacji dostępowej i rekonfiguracji, jeśli testy miałyby być wykonywane indywidualnie.

Przejdziemy teraz przez procedury instalacji i kalibracji wahadła czworokątnego przed testowaniem jednostek napędowych. Najpierw upewnij się, że wszystkie komponenty są zainstalowane w komorze zgodnie z wymaganiami do kolejnych testów. Przed uszczelnieniem komory należy przetestować łączność narzędzi diagnostycznych na zewnątrz.

Użyj zintegrowanego sterowania obiektem, aby uszczelnić komorę. Włączaj pompy próżniowe w kolejności kaskadowej, zaczynając od pomp suchych, pomp turbomolekularnych, a następnie pomp kriogenicznych. Skorzystaj z opracowanych aplikacji, aby zsynchronizować swoje urządzenia z bezprzewodowymi transponderami w komorze.

Proces synchronizacji jest zakończony, gdy dioda LED na transponderach przestanie migać. Po uzyskaniu żądanej próżni i początkowym odczycie z laserowego czujnika przemieszczenia jest pobierany jako linia bazowa. Użyj opracowanej aplikacji, aby uruchomić opuszczanie skalibrowanego ciężaru w celu przeniesienia siły na stolik czworokątny.

Zapisz przemieszczenie z laserowego czujnika przemieszczenia. Powtarzaj proces opuszczania odważników i rejestrowania stopnia czworokątnego przemieszczenia, aż wszystkie odważniki kalibracyjne zostaną zużyte. Narysuj krzywą kalibracyjną, aby uzyskać współczynnik kalibracji dla systemu zainstalowanego na stoliku czworokątnym.

Silniki strumieniowe mogą być następnie uruchamiane, a żądane parametry mogą być rejestrowane w czasie rzeczywistym przez program do akwizycji danych napisany przez wewnętrznych badaczy. Alternatywnie można użyć zintegrowanej aplikacji, aby w pełni zautomatyzować proces kalibracji, jednocześnie synchronizując sekwencję uruchamiania z silników i odpowiednio pobierając dane z czujników. Przejdziemy teraz przez procedury niezależnej weryfikacji uzyskanych parametrów ciągu do pomiaru zerowego oraz w jaki sposób można wyzwolić przestrzennie uruchamiany proxy w celu uzyskania profili pióropuszy po wykonaniu pomiarów ciągu.

Najpierw wykonaj odczyt linii bazowej wahadła czworokątnego w pozycji równowagi. Przełącz parametry operacyjne na żądane wartości z panelu sterowania steru strumieniowego i uruchom ster strumieniowy. Po odpaleniu zaufania poczekaj, aż oscylacje na wahadłie czworokątnym ustabilizują się.

Po ustabilizowaniu użyj aplikacji sterującej dla systemu pomiaru zerowego, aby uruchomić obniżanie ciężarów. Ciężary są stale obniżane, aż stopień czworokątny zostanie uruchomiony z powrotem do równowagi. Po osiągnięciu położenia równowagi sekwencja uruchamiania zostaje zakończona i określana jest siła wymagana do przywrócenia układu czworokątnego do równowagi.

Następnie uruchamiany jest blok blokujący, aby zatrzymać stopień czworokątny przed poruszaniem się. Następnie wykonywana jest sekwencja zamiatania na uchwycie sondy do pomiarów przestrzennych. Zsynchronizowana sekwencja jest zapętlana w celu pozyskania danych z sondy w każdej lokalizacji przestrzennej i przechowywana w tablicy, która ma być odpowiednio analizowana.

Inne sondy można dostosować do montażu na przystawce modułowej w celu wykorzystania informacji przestrzennych na profilach pióropuszy. W tej sekcji omówimy typowe wyniki uzyskane z sekwencji kalibracyjnej, a także typowe profile pióropuszy uzyskane za pomocą przemiatania sondą Faradaya. Kalibracja ciągu czworokątnego do etapu pomiaru odbywa się poprzez zastosowanie silnika napędzanego silnikiem sondy do systemu translacji.

W celu wyprowadzenia współczynników kalibracyjnych wymaganych do wyprowadzenia ciągu podczas wykonywania zadań doświadczalnych. Sekwencja wyzwalana przez operatora zautomatyzowanego programu w celu obniżenia precyzyjnych wzorców masy, które działają pionowo i przesuwają się poziomo, aby symulować uruchamianie po odpaleniu steru strumieniowego. Odczyty z laserowego czujnika przemieszczenia o wysokiej rozdzielczości są wykonywane w każdym interwale, a następnie rysowana jest krzywa kalibracyjna w celu uzyskania współczynnika kalibracji dla kolejnych pomiarów w systemie.

Na tym rysunku widzimy typową krzywą kalibracyjną narysowaną podczas pojedynczego automatycznego procesu kalibracji. Jak widać, prawidłowe ustawienie i ustawienie stolika czworokątnego skutkuje bardzo liniowym wykresem kalibracyjnym dającym współczynnik kalibracji wynoszący 27,65 miliniutonów na wolt. W ustandaryzowanym zestawie do pomiarów ciągu w szerokim zakresie sił.

Konfigurację można również zmodyfikować w celu dopasowania do wzorców masy dla rozszerzonych reżimów, jak pokazano na tym wykresie kalibracyjnym. Druty skrętne są dostosowane pod kątem czułości, a zarówno wzorce kalibracyjne dokładne, jak i kursowe są uwzględniane, aby uzyskać wykres kalibracji, który jest liniowy w obu reżimach. Próbka pomiarów in situ dla pochodnego ciągu jest pokazana na tym rysunku.

Ten rysunek pokazuje, w jaki sposób operator jest w stanie monitorować zależność ciągu od napięcia rozładowania. W trakcie trwania eksperymentu, aż do wygaszenia wyładowania. Za pomocą stopnia pomiarów ciągu czworokątnego byliśmy w stanie zmierzyć ciąg wytwarzany przez cały ster strumieniowy przy różnych mocach wejściowych podawanych przez prąd rozładowania i przyłożone napięcie.

Dzięki tym informacjom można uzyskać zmianę wydajności i impulsu właściwego w odniesieniu do mocy wejściowej. Rysunki te pokazują, jak zmienia się ciąg i impuls właściwy wraz z mocą wejściową przy czterech różnych natężeniach przepływu masowego. A ten rysunek pokazuje, jak wydajność zależy od mocy wejściowej.

Wyniki pokazują, że ster strumieniowy został zoptymalizowany do pracy przy mocy wejściowej poniżej 100 watów, gdzie niskie natężenia przepływu spowodowały sprawność prawie 30%Po odpaleniu steru strumieniowego uruchamiane są zerowe sekwencje pomiarowe w celu niezależnej weryfikacji zaufania uzyskanego z systemu. Po wystrzeleniu ciągu stopień przemieszcza się zgodnie z wielkością napędu pochodzącego z systemu. Jednostka miary zerowej to symetryczny system zamontowany naprzeciwko jednostki kalibracyjnej, który wykorzystuje podobny system translacji siły do uruchomienia stopnia z powrotem do równowagi.

Laserowy czujnik przemieszczenia aktywnie monitoruje przemieszczenie przez cały czas trwania pomiaru i uruchamia system aktywacji w celu aktywacji sekwencji, która kończy się dopiero po osiągnięciu równowagi linii podstawowej. Operator jest również w stanie zwizualizować profile pióropuszy in situ, jak pokazano na tym rysunku. Rysunek ten pokazuje, w jaki sposób moc rozładowania wpływa na wielkość szczytowej gęstości prądu żelaza i odpowiednio na całą szerokość przy połowie maksimum.

Procesy fizyczne, które są nieodłącznym elementem plazmy, są znane z tego, że napędzają i kontrolują samoorganizację i samoorganizację podczas syntezy materiałów. w QUT we współpracy ze źródłami plazmy i centrum zastosowań, badamy, w jaki sposób te bloki budulcowe są formowane, kształtowane i dostarczane na powierzchnie w różnych warunkach plazmy. Mamy nadzieję, że dzięki zrozumieniu, jak zachowują się te nanostruktury tworzące plazmę, będziemy w stanie zaprojektować procesy, które zapewnią terminową i wydajną dostawę i włączenie tylko po to, aby dodać miejsce, w którym naprawa jest faktycznie potrzebna.

Dostarcza nam plazmowych systemów napędowych, które są dłużej służące i bardziej wydajne. W niniejszej prezentacji przedstawiono przegląd rozważań branych pod uwagę przy projektowaniu obiektu do testowania systemów napędowych i modułów rozmieszczanych w symulowanym środowisku kosmicznym. Ponadto pokazaliśmy wszechstronność i mocne strony wykorzystania systemów opartych na mikrokontrolerach do pozyskiwania i analizy danych in situ, które można szybko dostosować do wykonywania innych trybów oceny w zależności od wymagań misji operacyjnej.