Summary
O objetivo do presente protocolo é introduzir o design de um 100 kW classe campo aplicado magnetoplasmadynamic propulsor e métodos experimentais relevantes.
Abstract
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.
Introduction
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 resultado que um componente radial é uma proporção significativa da descarga total. No entanto, a fim de gerar empuxo, efeitos cinéticos radiais precisam ser convertido em movimento cinético axial com um bocal de físico ou um bocal magnético. Nesse sentido, uma característica-chave do novo propulsor MPD do projeto é que todos propelente é fornecido através do cátodo, que pode agir para inibir descarga radial; desta forma, a proporção de energia axial pode ser aumentada. Há um efeito adicional em que o parâmetro Hall no plasma em torno do ânodo pode ser aumentado pela diminuição do número de densidade em torno do ânodo, que pode reforçar o Hall aceleração componente9. Desde que o propulsor é perto da superfície interna do cátodo, onde grandes quantidades de elétrons iniciais são emitidas neste modo de injeção, a taxa de ionização propulsor pode ser grandemente aumentada. Além disso, o comprimento do ânodo tem sido minimizado para diminuir a área de ligação parede-plasma e reduzir o poder de ânodo a deposição10,11. Como um ânodo divergente é aplicado, isto irá diminuir o ângulo entre o ânodo e linhas de campo magnético e diminuir o ânodo poder deposição mais12,13.
Apesar das vantagens observadas acima para melhorar o desempenho, fornecimento de propelente completo por injeção de cátodo pode aumentar o risco de fome do ânodo que pode resultar em "início" fenômenos14. Para inibir esse comportamento, podemos ter retraído do cátodo para a base do ânodo. Os elétrons podem então difundir suficientemente na direção radial antes de deixar a saída do ânodo, que agirá para aliviar a fome de ânodo. Além disso, um cátodo oco multicanal é adotado; em comparação com o cátodo oco de canal único, um cátodo oco multicanal pode aumentar a área de emissão de elétrons e fazer a distribuição do propelente mais uniforme. Com essa modificação, o tempo de vida e estabilidade do propulsor podem ser aumentada de15,16,17.
O poder projetado o propulsor é de 100 kW e uma estrutura de refrigeração é necessário com operação de estado estacionário. Em experimentos de laboratório do presente, é empregada uma estrutura eficaz do water-cooling. No entanto, para avaliar o desempenho do projeto propulsor MPD, é fundamental para obter o impulso. Com a aplicação de um sistema de água de alta pressão para transferência de calor, haverá forte vibração durante a operação de tal resfriamento, que pode criar interferência significativa se usarmos as medições de pressão tradicional. Nesse sentido, uma posição de alvo axiais é empregada para medir a pressão.
Propulsor de MPD
Como mostrado na Figura 1, o propulsor MPD consiste de ânodo, cátodo e isolador. O ânodo é feito de cobre com um bocal divergente cilíndrico, o diâmetro interno mínimo do que é 60 mm. Há um canal de resfriamento em forma de S em torno da parede interna do ânodo. A entrada e saída do canal estão no topo do ânodo, que são separadas por um defletor. Um bloco de cobre fino é utilizado para conectar o ânodo e o cabo elétrico. A junção está sobre a superfície externa do ânodo.
O material do cátodo é tungstênio de tântalo, com nove canais de propelente. O diâmetro exterior do cátodo é 16 milímetros. O resfriamento do cátodo é conseguido com um titular do water-cooling em torno da base do cátodo. Existe um canal em forma de anel dentro o titular. A água fria é injetada no suporte da parte inferior e flui para fora do topo. Existe um conector de cátodo oco no lado esquerdo do cátodo. O combustível flui através do centro do conector e na câmara de cátodo oco; Há uma grande cavidade dentro da base de cátodo conectando com nove canais cilíndricos estreitos. A cavidade atua como um buffer para aumentar a uniformidade da distribuição do propelente em nove canais. O cátodo é ligado ao cabo elétrico com um bloco de cobre anular, que é instalado próximo ao conector do cátodo.
Além do corpo principal do propulsor, uma bobina magnética externa também é necessária para gerar campos para os mecanismos no propulsor de AF-MPD; campos magnéticos fornecem um campo magnético convergente-divergente para acelerar o plasma juntamente com o campo elétrico. A bobina de campo consiste de 288 curvas de tubos de cobre circulares, que actuam como a passagem para tanto água corrente e refrigeração elétrica. O diâmetro interno da bobina é de 150 mm, enquanto o diâmetro externo é de 500 mm. A maior força de campo no centro é de 0,25 T com corrente de 230 A.
Sistema de experiência
O sistema de experiência inclui seis subsistemas. O diagrama esquemático do layout geral do sistema experimental é mostrado na Figura 2; o layout do propulsor dentro da câmara de vácuo é mostrado na Figura 3.
Primeiro, o sistema de vácuo, que fornece o ambiente de vácuo necessário para a operação dos propulsores, consiste em uma câmara de vácuo, duas bombas mecânicas, uma bomba molecular e quatro bombas criogênicas. O diâmetro da câmara é de 3 m, e o comprimento é 5m. A pressão do ambiente pode ser mantida sob 0,01 Pa, quando a taxa de fluxo do propulsor (argônio) é não mais do que 40 mg/s.
Em segundo lugar, este sistema de fonte fornece um pulso de alta tensão para inflamar o propulsor, fornece energia para o propulsor acelerar o plasma e fornece energia para a bobina de campo magnético sustentar o campo magnético externo. O sistema de fonte de energia consiste de uma fonte de energia de ignição, uma fonte de energia do propulsor, uma fonte de alimentação da bobina e cabos. A fonte de energia de ignição pode fornecer 8 kV ou 15 kV tensão de descarga. A fonte de energia do propulsor fornece uma corrente contínua até 1000 A. Fonte de alimentação da bobina fornece uma corrente contínua até 240 A.
Em terceiro lugar, o sistema de abastecimento de combustível alimenta propelente gás para propulsores. O sistema inclui principalmente a fonte de gás, o controlador de taxa de fluxo de massa e gás fornecem pipelines.
O quarto do subsistema é o sistema do water-cooling, que fornece água a alta pressão legal para trocar o calor do propulsor, bobina magnética e fontes de energia. Como mostrado na Figura 4, o sistema consiste em grupo de bombas, tanque de água, refrigerador, controladores de tubulações e bombas de abastecimento de água. Os tubos não condutor dentro da câmara de vácuo fornecem um terminal de água refrigerando para o propulsor e bobina magnética e garante a isolação elétrica entre o ânodo e o cátodo no chão.
O sistema de controle e aquisição podem gravar os sinais que as condições de operação do propulsor e controle de operação de outros sistemas de medição. Ele é composto de três computadores e correspondente software, placa de aquisição de dados e cabos.
Como mostrado na Figura 5, o carrinho de alvo de pressão consiste em alvo de placa, feixe Delgado, sensor de deslocamento, frame da sustentação, plataforma móvel axial e radial plataforma móvel. O alvo pode interceptar o plasma que empurra o alvo. O deslocamento do alvo pode ser medido por um sensor colocado atrás do alvo, desta forma permitindo avaliação do impulso18.
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Protocol
1.. Preparação para o experimento
- Instale o propulsor.
- Limpe os componentes do clero propulsor withnon-pó, embebido em álcool anidro, em uma sala limpa.
- Monte o ânodo com o isolador.
- Reunir o cátodo, o titular de cátodo e o conector de cátodo.
- Adicione a parte do cátodo para a parte de ânodo.
- Instalar o conector do meio para o conjunto e fixá-las com parafusos (parafuso de cabeça sextavada soquete, M5 × 16).
- Estabelece a sede de bobina na plataforma de experiência com empilhadeira.
- Coloque a plataforma do experimento no trilho-guia da câmara de vácuo.
- Instale o propulsor na bobina.
- Vincule o ânodo e o cátodo com cabos elétricos correspondentes.
- Vincule a bobina magnética com fonte de alimentação da bobina.
- Junte-se as tubulações do water-cooling e do tubo de alimentação de combustível com o propulsor.
- Junte-se os tubos do water-cooling com a bobina.
- Instale a plataforma móvel dentro da câmara e correção que o corpo principal impulso de fica nele.
- Ajuste a posição da plataforma móvel radial para tornar o controle de linhas do propulsor e o destino coincidam com o outro.
- Calibre o carrinho de propulsão.
- Carregar pesos diferentes (10g, 50g, 100g, 200g), um por um, no dispositivo de calibração e registro correspondente de saída do estande da propulsão.
- Descarrega os pesos, um a um.
- Repita o processo por três vezes pelo menos.
- Calcule o coeficiente elástico do impulso stand de acordo com os dados de calibração.
- Evacue a câmara de vácuo.
- Feche a porta da câmara.
- Acione as bombas mecânicas.
- Começar as bombas moleculares quando a pressão de fundo na câmara é menor que 5 PA.
- Acione as bombas criogênicas, quando a pressão de fundo na câmara é inferior a 0,05 PA.
- Esperar que a pressão chegar a 1 x 10-4 PA.
2. ignição e experiência de medição de empuxo
- Pré-aqueça o propulsor se ele tiver sido exposto ao ar.
- Inicie a gravação do sinal.
- Definir a taxa de fluxo de massa propelente a 40 mg/s e continuar fornecendo pelo menos 20 minutos
- Ligue o fornecimento de água de resfriamento.
- Defina a frequência de trabalho de resfriamento bombas de água a 10 Hz.
- Mova o carrinho de propulsão à posição longe o propulsor.
- Ligue a fonte de alimentação da bobina com a corrente de bobina de 90 A.
- Ligue a fonte de energia do propulsor com a corrente de descarga de 240 A.
- Ligue a fonte de energia de ignição.
- Manter o propulsor trabalhando pelo menos 5 minutos.
- Desligue a fonte de energia do propulsor e o abastecimento de combustível.
- Pare a gravação.
- Medição de pressão
- Mova o carrinho de impulso para a posição de 550 mm do propulsor.
- Inicie a gravação do sinal.
- Inicie o fornecimento de combustível.
- Inflama o propulsor com 90 A bobina atual e corrente de descarga A 240.
- Aumento da bobina atual para 150 A.
- Aumentar a corrente de 800 A. de descarga
- Aumento da bobina atual-230 A.
- Desligue o propulsor quando a saída do carrinho do impulso torna-se estável.
- Pare o abastecimento de combustível.
- Pare a gravação.
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Representative Results
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 Figura 6. Após a iniciação da fonte de alimentação, haverá uma tensão de circuito aberto entre o ânodo e o cátodo, o valor é de cerca de 230 V. Esta tensão de circuito aberto não é alta o suficiente para quebrar o propulsor neutro na câmara de descarga; Precisamos aplicar uma tensão de descarga de alta frequência para inflamar o propulsor. Após a ignição, a voltagem diminuirá rapidamente; Então, as tendências de tensão para um valor constante após um período de oscilação.
Um resultado de medição de empuxo típico é mostrado na Figura 7. Vamos começar a gravar o sinal do carrinho antes de iniciar o fornecimento do propelente, que é tratado como ponto zero-impulso impulso. Vai haver um impulso fraco após o início da oferta do propulsor. Após a ignição dos propulsores, haverá um grande sinal com oscilações, após o qual o impulso tendências de valor constante. Então desligamos o propulsor. Haverá um zero-drift devido a deformação térmica do alvo; o erro causado por este efeito será não mais que 1%.
A Figura 8 mostra a influência da corrente de descarga, campo aplicado e propelente caudal mássico na impulsão para arco de potência até 25 kW. Nós escolhemos: Id = 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = 40 mg/s, como uma condição de operação básica; uma série de experimentos são conduzidos para comparar com os dados básicos. Parâmetro de apenas uma operação será alterado em cada experiência de contraste: a corrente de descarga pode ser variado de 160 A 360 A; a força do campo aplicado pode ser variada de 34 mT a 258 mT; a taxa de fluxo de massa propelente pode ser variada de 20 mg/s para 80 mg/s. Para a conveniência de comparação, podemos normalizar esses parâmetros de operação de três, como mostrado no eixo x inferior na Figura 8. Quando os parâmetros de funcionamento normalizado são 1.0, significa que as condições de operação são os mesmos que o básico. Junto com o eixo x inferior, existem três x-axes mais em cima, que correspondem aos valores originais dos três parâmetros, respectivamente.
A Figura 9 mostra as características de descarga durante uma meia hora de operação contínua. Pode ser visto que as tendências de propulsor para um estado estacionário rapidamente após a ignição e a tensão é estável durante este período.
A Figura 10 apresenta fotografias de cátodo tungstênio tântalo antes e depois de testes. O tempo de execução total dos testes foi 10 h, incluindo a operação contínua de meia-hora e tempo curto de teste para mais de 90 começa. Pode ser visto que a erosão é ligeiro e distribuída uniformemente sobre a superfície externa do cátodo. De acordo com este resultado, o propulsor tem o potencial de operar por um longo tempo.
Após os testes de funcionamento contínuo, exploramos o desempenho do propulsor na faixa de 50-100 kW de potência. O impulso foi medido com o carrinho de alvo de pressão e a medida que os resultados são mostrados na Figura 11. O melhor desempenho é obtido na 99.5 kW, onde o impulso é 3052 mN, impulso específico é 4359 s e eficiência de impulso é de 67%. Além disso, um valor de empuxo teórico foi calculado, como na EQ. 1 (Mikellides12 ), para comparar com valores de esforço medido; a maior diferença entre eles foi de 11,6%.
(1)
(um é raio de cátodo a relação do comprimento do eletrodo; R é a relação do raio de eletrodo; A é o peso atômico em unidade de massa atômica e 
é a ionização do fator12.)
Efeito de otimização dos propulsores
Os valores resultantes de empuxo em resposta à variação de parâmetros do sistema é mostrado na Figura 8, onde pode ser visto que a influência da vazão mássica de combustível sobre o impulso é semelhante do campo aplicado. Como gás de aceleração dinâmica19 é sensível ao ṁ, pode-se concluir que o componente de aceleração dinâmica do gás é reforçado em nosso propulsor. Além disso, o campo atual e aplicada de descarga afeta a aceleração eletromagnética em diferentes mecanismos e sua influência deve ser evidente1. Em nossas experiências, o impulso é significativamente mais sensível a um aumento da descarga atual em comparação com o de campo aplicado, como mostrado na Figura 8. Um aspecto desse comportamento pode ser devido a efeitos dinâmicos de gás do aumento da corrente devido o modo específico de abastecimento gás propulsor de descarga axial através do cátodo de reforço. Além disso, conforme mostrado na Figura 11, o propulsor MPD atinge uma maior eficiência de impulso de 67%, que é comparável à eficiência superior dos propulsores MPD com propulsor de metais alcalinos20. Assim, os efeitos das alterações de projeto são vistos para melhorar o desempenho do propulsor de MPD significativamente.
Além disso, apesar do fato de que não há nenhuma fonte de propelente de região do ânodo, nosso propulsor tinha um funcionamento estável em uma corrente de descarga de 800 A e taxa de abastecimento de combustível de 70 mg/s. Em comparação, o propulsor MPD SX321 com fornecimento parcial de propelente do ânodo, chegou a um regime de início em uma corrente de descarga de 500 A e a taxa de abastecimento de combustível de 60 mg/s. baseado na estabilidade de um propulsor MPD com valor crítico2/ṁ 22, o propulsor de presente é ligeiramente superior ao SX3.
Erros de medição de empuxo de alvo
Com a medição de alvo de pressão, é necessário evitar a superestimação do esforço na operação de mais alto desempenho. Aqui, assumimos que a colisão entre o alvo e as partículas pesadas no plasma é perfeitamente elástica. Assim, a metade do esforço medido é tida como o verdadeiro impulso. Além disso, o fluxo de propelente para o alvo, assumimos que o plasma é completamente restrito pelo campo magnético. Nós escolhemos as linhas de campo magnético que atravessam a faixa exterior do ânodo como o limite do bocal magnético. Supondo-se que as partículas de plasma são distribuídas uniformemente no bico, como mostrado na Figura 12, temos a gama do plasma para o plano de destino, que é 704 mm de diâmetro. Em seguida, a relação entre o esforço medido e o verdadeiro impulso pode ser expresso como:
(2)
onde F é o esforço medido pelo destino e T o verdadeiro impulso.
Além disso, devido ao comportamento de barreira do alvo, propulsor de partículas podem fluir de volta para a câmara de descarga. Supondo que todas as partículas são liberadas do centro do alvo, conforme mostrado na Figura 13, e que as distribuições de refluxo partículas obedecem o cosseno lei23, então a proporção de partículas de reentrada pode ser avaliada com EQ. 3. Se as partículas de refluxo distribuem uniformemente em todas as direções do espaço, a proporção será expressa com EQ. 4. As variações das proporções com o alvo-propulsor distância z, em duas hipóteses de distribuição, estão listadas na Figura 14. Na medição da pressão, a distância do alvo-propulsor era 550mm; assim, a proporção de partículas de reentrada foi calculada para ser não mais do que 0,3%.
A pressão de fundo também pode influenciar o desempenho do esforço medido. Quando o propulsor atinge o mais alto desempenho, a pressão de fundo no sistema pode ser mantida no 0.2 Pa com o caudal mássico de 70 mg/s. No entanto, o esforço medido pode ser superior ao valor real devido à influência deste fundo alta pressão20,24,25,. Para eliminar essa possível influência a velocidade da bomba do sistema de vácuo deve ser aumentada, e esta é uma atualização planejada.
O alvo é feito de material condutor elétrico, e ele é isolado do solo durante a medição de pressão. No entanto, há um exfluxo atual na pluma que pode interagir com o alvo e influenciam o comportamento para o MPD propulsor medição15. Isto pode ser um fator que influencia a magnitude do empuxo eficiência e é digno de uma análise mais aprofundada.
(3)
(4)
Figura 1 . Diagrama esquemático do propulsor a AF-MPD
O corpo principal do propulsor MPD inclui ânodo (cobre), cátodo (tungstênio de tântalo), isolador (nitreto de boro), titular do cátodo (cobre) e conector de cátodo (cobre). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 . Diagrama esquemático do experimento sistema
Azul linhas em sistema de resfriamento de água: água fria de alta pressão; linhas vermelhas no sistema de resfriamento de água: aquecido a água. Verde linhas em sistema de aquisição e controle: sinais de parâmetros de operação; marrom de linhas no sistema de aquisição e controle: sinais de instruções de controle. Azul linhas no sistema de fonte de energia: fios conectando ao ânodo de propulsor e bobina magnética; linha vermelha, no sistema de fonte de energia: fios conectando ao cátodo do propulsor e bobina magnética. Trapézio azul no meio: feixe do propulsor. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 . Layout de experiência dentro da câmara de vácuo
O propulsor é posicionado dentro da bobina de campo magnético. A bobina está por trás do carrinho o alvo de pressão; assim, a vista do propulsor está obstruída pelo destino do ângulo visual na figura. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 . Sistema de arrefecimento de água
(um) grupo de bombas, tanque de água e refrigerador (colocado fora do laboratório). (b), metal de alta pressão tubos fornecendo o resfriamento de água (fora da câmara de vácuo). (c) juntas e tubos isolantes, abastecimento de água de resfriamento para eletrodos e bobina magnética (dentro da câmara de vácuo). (d) controladores de bombas definir a taxa de fluxo das bombas de água. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 . Carrinho de impulso do destino método
A linha central do propulsor e o alvo são coincidentes com os outros. A posição axial do alvo pode ser ajustada com a plataforma móvel. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6 . Tensão de descarga típica para o propulsor
Corrente de 240 A, campo aplicado de 258 mT, taxa de fluxo de massa propelente de 40 mg de descarga/s. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7 . Sinal de medição de pressão típica
Corrente de 240 A, campo aplicado de 258 mT, taxa de fluxo de massa propelente de 40 mg de descarga/s. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8 . Influência do campo atual, aplicada de descarga e vazão mássica de combustível na propulsão, com arco de potência até 25 kW. Abcissa na parte inferior representa os parâmetros de operação normalizada incluindo:
ID (corrente de descarga), Ba (força do campo magnético aplicada) e ṁ (taxa de fluxo de massa propelente) com Id = 200 A, Ba = 100 mT, ṁ = 40 mg/s selecionado como condições básicas de operação, correspondente ao valor de 1 na abscissa inferior. Abscissas no topo correspondem aos valores originais dos três parâmetros. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9 . Operação contínua de corrente e tensão para poder arco de 36 kW
Três linhas sólidas são sinais de saída para a tensão de descarga, descarga arco atual e calculado energia, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10 . Aparência inicial do cátodo e cátodo após a operação para o total de 10 horas.
O lado esquerdo da figura mostra a imagem de cátodo oco de tântalo tungstênio antes de se submeter a descarga; o lado direito mostra o cátodo após um total de 10 horas sob a descarga. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 11 . Desempenho do propulsor na faixa de 50-100 kW de potência
Pontos com símbolos de estrelas são valores de empuxo calculado pela fórmula do empuxo12. Outros símbolos são valores de empuxo medidos com o carrinho do alvo da pressão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 12 . Esquemático do tamanho do alvo em comparação com a geometria do campo magnético
As linhas pontilhadas representam as linhas de campo magnético através da gama exterior do ânodo. O campo magnético dentro as linhas pontilhadas podem formar um fino bocal magnético no espaço. O diâmetro do bocal é 704 mm no plano de destino, que é de 550 mm do propulsor no experimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 13 . Esquemática da dinâmica de partículas de refluxo
As setas irradiadas do alvo representam partículas de recuperação do centro do alvo. Aqui podemos supor que todas as partículas da repercussão do ponto central do alvo. Esta hipótese será superestima o cálculo da proporção de partículas de reentrada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 14 . Percentagem de refluxo propulsor na câmara de descarga
A linha com símbolos dos quadrados representa a proporção de partículas de reentrada com base no pressuposto de que as partículas de refluxo obedecem uma distribuição cosseno. A linha com símbolos de diamante que representa de uma distribuição uniforme. A abscissa é a distância entre o alvo e a saída do ânodo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
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, é superior a um cátodo de haste tradicional em quase todos os aspectos. Aplicação de cátodo oco é benéfica para melhorar o desempenho do propulsor, e fornece opções para modos de abastecimento de combustível. Custo de um cátodo oco de fabricação é relativamente elevada em comparação com um catodo sólido.
Um circuito de fluido estrutura de resfriamento é necessário para seu funcionamento o propulsor se destina-se a trabalhar por mais de 10 minutos. Alternativamente, resfriamento de radiação é outra escolha26, que pode evitar a tubagem de refrigeração complexo. No entanto, isso pode causar um grande tamanho radial do propulsor. Além disso, uma tubulação de calor pode ser uma outra escolha quando empregada em missão espacial real.
Um campo magnético externo é indispensável para o propulsor de AF-MPD. O campo pode ser fornecido por uma bobina solenoide tradicional, conforme descrito no protocolo, ou um ímã permanente. Além disso, a supercondutividade é um candidato em potencial, que pode fornecer muito campo magnético mais forte do que a tradicional da bobina e a massa de que também é menor do que a bobina do solenoide tradicional.
Para manter a experiência de medição de pressão, a pressão de fundo deve ser inferior a 0,013-0.13 Pa1. Caso contrário, a operação do propulsor pode ser influenciada. Além disso, de acordo com a pesquisa,27, há correntes de saída em penas de propulsores MPD e a corrente mais distante pode alcançar a posição de 90cm do propulsor no sentido axial. Assim, aumentando o tamanho da câmara é benéfico para diminuir a influência da instalação sobre o propulsor.
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Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cryogenic Pumps | Brooks Automation | Pumping speed: 10000L/s | |
| Displacement Sensor | Panasonic | HG-C1030 | Repetition precision: 10μm Linearity: ±0.1% F.S. |
| Mass Flow Rate Controller | Brooks Automation | Range: 0-120mg/s | |
| Molecular Pump | Oerlikon | Pumping speed: 2100L/s | |
| Moveable Plantform | Beijing Weina Guangke Automation equipment Co., Ltd. | Range:0-2000mm | |
| Plsatic Water Pipes | Xingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd. | Ultimate pressure: 4.5MPa | |
| Propellant Argon | Beijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd. | Purity:99.999% | |
| Refrigerator | Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd. | Refrigeration power:45kW | |
| Water Pumps | Liaocheng vanguard Motor Co., Ltd.; Shanghai people pump industry group Manufacturing Co., Ltd.; Nanfang Pump Limited company |
Maximum Output pressure: Centrifugal pump:1MPa Plunger pump:10MPa |
References
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