Artigo de método

Um propulsor Magnetoplasmadynamic aplicada-campo de 100 KW classe

DOI:

10.3791/58510

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22 de dezembro de 2018

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1Key Laboratory of Spacecraft Design Optimization & Dynamic Simulation Technologies of Ministry of Education, School of Astronautics, Beihang University, 2Key Laboratory of Spacecraft Design Optimization & Dynamic Simulation Technologies of Ministry of Education, School of Space and Environment, Beihang University, 3Beijng Institute of Control Engineering, 4School of Aerospace Engineering and Geodesy, University of Stuttgart

Neste artigo

Resumo

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O objetivo do presente protocolo é introduzir o design de um 100 kW classe campo aplicado magnetoplasmadynamic propulsor e métodos experimentais relevantes.

Resumo

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Aplicada-campo magnetoplasmadynamic propulsores (motores de AF-MPD) são aceleradores de híbrido em que eletromagnética e processos dinâmicos de gás aceleram o plasma de alta velocidade; Eles têm um potencial considerável para aplicações futuras espaço com as vantagens significativas de alto impulso específico e densidade de pressão. Neste trabalho, apresentamos uma série de protocolos para projetar e fabricar uma classe kW 100 do propulsor de AF-MPD com estruturas, uma tensão de descarga máxima de 130 V, um 800 A máxima corrente de descarga e um 0,25 T máxima força do campo magnético do water-cooling. Um cátodo de tungstênio de tântalo oco atua como a entrada apenas propelente para inibir a descarga radial, e está posicionado axialmente na parte traseira do ânodo para aliviar a fome de ânodo. Um ânodo de cobre cilíndrico divergente é empregado para diminuir a deposição de energia de ânodo, onde o comprimento foi reduzido para diminuir a área de ligação parede-plasma. Experimentos utilizaram um vácuo sistema que pode conseguir um vácuo de trabalho de 0,01 Pa para um fluxo de massa propelente total taxa inferior a 40 mg/s e um alvo axiais de carrinho. Os propulsor foram efectuados testes para medir os efeitos dos parâmetros de funcionamento, tais como taxas de fluxo de combustível, a corrente de descarga e a força do campo magnético aplicado sobre o desempenho e permitir a análise adequada. O propulsor poderia ser utilizado continuamente por períodos significativos de tempo com pouca erosão na superfície do cátodo oco. A potência máxima do propulsor é de 100 kW e o desempenho desta configuração Water-cooled é comparável com a dos propulsores relatados na literatura.

Introdução

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Propulsores MPD são bem conhecidos por uma densidade relativamente alta pressão e alto impulso específico1,2,3. No entanto, o impulso típico eficiência1 dos propulsores MPD é relativamente baixa, especialmente com propelentes de gases nobres4,5,6. Para a maioria dos propulsores MPD, uma parte do fluxo de combustível é injetada na câmara de descarga de uma fenda entre o ânodo e o cátodo7,8 , com o resul....

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Protocolo

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1.. Preparação para o experimento

  1. Instale o propulsor.
    1. Limpe os componentes do clero propulsor withnon-pó, embebido em álcool anidro, em uma sala limpa.
    2. Monte o ânodo com o isolador.
    3. Reunir o cátodo, o titular de cátodo e o conector de cátodo.
    4. Adicione a parte do cátodo para a parte de ânodo.
    5. Instalar o conector do meio para o conjunto e fixá-las com parafusos (parafuso de cabeça sextavada soquete, M5 × 16).
    6. Estabelece a sede de bobina na plataforma de experiência com empilhadeira.
    7. Coloque a plataforma do experimento no trilho-guia da câmara de vácuo.
    8. Instale o prop....

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Resultados

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No experimento, podemos controlar a corrente de descarga (Id), massa propelente fluxo rate(m) e aplicado a campo magnético (Ba). Em operação, medimos o valor da tensão de descarga (Vd) e axiais (T), da qual base que conseguirmos outro desempenho parâmetros como potência (P), impulso específico (Isp) e axiais de eficiência (η)1.

Um sinal típico de tensão de descarga é mostrado na Figur.......

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Discussão

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Este protocolo descreve os processos de ignição, operação e medição de pressão de um propulsor MPD campo de classe aplicado 100 kW. O ponto-chave na concepção de um propulsor MPD para desempenho ideal é escolher a configuração adequada de acordo com o objetivo específico. Propulsores MPD com ânodo convergente-divergente podem funcionar em estado estacionário em uma escala grande operação. No entanto, o desempenho pode ser menor do que o propulsor com ânodo divergente. O cátodo oco, especialmente o cátodo oco multicanal, .......

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Divulgações

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Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi financiado pelo programa de investigação Fundamental (n. º JCKY2017601C). Agradecemos a ajuda de Thomas M. York, Professor emérito da Universidade de estado de Ohio.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Bombas CriogênicasBrooks AutomationVelocidade de bombeamento: 10000L/s
Sensor de DeslocamentoPanasonicHG-C1030 Precisão derepetição: 10μ m
Linearidade: ± 0,1% F.S.
Controlador de taxa de fluxo de massaBrooks AutomationFaixa: 0-120mg / s
Bomba molecularOerlikonVelocidade de bombeamento: 2100L / s
Forma de planta móvelPequim Weina Guangke Automation equipment Co., Ltd.Faixa: 0-2000mm
Plsatic Tubos de águaXingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd.Pressão final: 4.5MPa
Propulsor ArgônioBeijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd.Pureza: 99,999%
GeladeiraBeijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd.Potência de refrigeração: bombas de água de 45kW
Liaocheng vanguard Motor Co., Ltd.;
Grupo da indústria de bombas de pessoas de Xangai Manufacturing Co., Ltd.;
Nanfang Pump Limited company		Pressão máxima de saída:
Bomba centrífuga:1MPa
Bomba de êmbolo:10MPa

Referências

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  1. 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).
  2. Arakawa, Y., et al. Electromagnetic Effects in an Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster. Journal of Propulsion & Power. 8 (1), 98-102 (1992).
  3. Myers, R., Lapointe, M., Mantenieks, M. MPD ....

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