El objetivo de este protocolo es introducir el diseño de un propulsor magnetoplasmadinámico de campo aplicado de 100 kilovatios y el método experimentado relativo. El propulsor magnetoplasmadinámico, es decir, el propulsor MPD, es un acelerador eléctrico típico. Es bien conocido por su alto impulso específico y una alta densidad de propulsores, y es tratado como candidatos principales para nuestra propulsión principal en nuestras futuras misiones espaciales de alta potencia.
En este artículo, presentaremos un diseño de un propulsor MPD de campo aplicado de clase de 100 kilovatios, los sistemas de experimento necesarios para celebrar un experimento de propulsor relativo y los pasos de operación para terminar este experimento. Diseño de propulsor. El propulsor consiste principalmente en ánodo, cátodo y aislante.
El ánodo está hecho de cobre con una boquilla divergente de cilindro, cuyo diámetro interior mínimo es de 60 milímetros. El cátodo está construido de tungsteno de tantalio con nueve canales propulsores, cuyo diámetro exterior es de 16 milímetros. Hay un conector de cátodo hueco en el lado izquierdo.
El propulsor fluye a través de la central del conector y llega al cátodo hueco. Hay una gran cavidad dentro de la base del cátodo que se conecta con nueve canales cilíndricos. La cavidad actúa como un amortiguador para aumentar la uniformidad de la distribución del propulsor en nueve canales.
El cátodo está conectado al cable eléctrico con un bloque de cobre anular, que se instala alrededor del conector catódo. Además del cuerpo principal del propulsor, la bobina magnética externa también es necesaria para el funcionamiento del propulsor MPD. La bobina consta de 288 vueltas de círculo de tuberías de cobre que actúan como el paso para la corriente eléctrica y el agua de refrigeración.
El diámetro interior de la bobina es de 150 milímetros, mientras que el diámetro exterior es de 500 milímetros. La intensidad de campo más alta en el centro es 0.25 telsa. Sistema de experimentos.
El sistema de experimentos proporciona las condiciones necesarias para el experimento, que incluye principalmente seis subsistemas. En primer lugar, el sistema de vacío proporciona el entorno de vacío necesario para el propulsor. Y el diámetro de la cámara es de tres metros, mientras que la longitud es de dos metros.
La presión ambiental puede mantenerse bajo 0.01 pascal. En segundo lugar, el sistema de fuente de alimentación. El sistema de fuente de alimentación consta de fuente de alimentación de encendido, fuente de alimentación del propulsor, fuente de alimentación de bobina y cables.
La fuente de alimentación de encendido puede proporcionar ocho kilovolta o 15 kilovolta tensión de descarga. La fuente de alimentación del propulsor proporciona una corriente directa de hasta 1.000 amperios. La fuente de alimentación de la bobina proporciona una corriente directa de hasta 240 amperios.
El tercero es el sistema de suministro de propulsores, que alimenta el propulsor de gas para los propulsores. Este sistema incluye principalmente la fuente de gas, el controlador de caudal de masa y los gasoductos de suministro de gas. El cuarto es el sistema de refrigeración por agua, que proporciona agua de alta presión para intercambiar el calor adicional del propulsor, la bobina magnética y las fuentes de energía.
Luego es el sistema de adquisición y control, que puede registrar las señales de las condiciones de funcionamiento del propulsor y controlar otros sistemas. El último es el sistema de medición de empuje objetivo, que se puede utilizar para medir el empuje. El soporte de empuje objetivo consiste principalmente en el objetivo de la placa, haz delgado, sensor de desplazamiento, marco de soporte, plataforma móvil axial y plataforma móvil de radio.
El plasma puede ser interceptado por el objetivo, y el objetivo será empujado por el plasma. El desplazamiento del objetivo se puede medir por el sensor colocado detrás del objetivo. De esta manera, podemos evaluar el empuje.
Preparación para el experimento. Instale el propulsor. Limpie los componentes del propulsor con alcohol en una habitación limpia.
Montar el ánodo con el aislante. Reúna el cátodo, el soporte de cátodo y el conector de cátodo. Agregue la parte de cátodo a la parte del ánodo.
Instale el conector central en el ensamblaje y fíjelos con tornillos. Establezca el asiento de la bobina en la plataforma del experimento con carretilla elevadora. Coloque la plataforma del experimento en el carril guía de la cámara de vacío.
Instale el propulsor en la bobina. Enlace el ánodo y el cátodo con los cables eléctricos correspondientes. Vincule la bobina magnética con la fuente de alimentación de la bobina.
Une las tuberías de refrigeración de agua y el tubo de suministro de propulsor con el propulsor. Une las tuberías de refrigeración de agua con la bobina. Instale la plataforma móvil dentro de la cámara y fije el cuerpo principal del soporte de empuje en ella.
Ajuste la posición de la plataforma móvil para hacer que la línea central del propulsor y el objetivo se alinee entre sí. Luego colaboramos el soporte de empuje. En primer lugar, cargue diferentes pesos en el dispositivo de colaboración y registre la salida correspondiente del soporte de empuje.
Repita el proceso al menos tres veces. A continuación, podemos calcular el coeficiente elástico del soporte de empuje de acuerdo con los datos de calibración. Vacíe la cámara de vacío.
Cierre la puerta de la cámara. Encienda las bombas mecánicas. Encienda las bombas moleculares cuando la presión de fondo en la cámara sea inferior a cinco pascales.
Encienda las bombas criogénicas cuando la presión de fondo en la cámara sea inferior a 0,05 pascal. Espere a que la presión llegue a 10 a la potencia de menos cuatro pascal. Experimento de medición de ignición y empuje.
Necesitamos precalentar el propulsor si el propulsor ha estado expuesto al aire. Comience a grabar la señal. Establezca el caudal de masa del propulsor en 40 miligramos y siga suministrando durante al menos 20 minutos.
Encienda el suministro de agua de refrigeración. Ajuste la frecuencia de trabajo de las bombas de refrigeración de agua de ánodo y cátodo en 10 hercios. Mueva el soporte de empuje a la posición lejos del propulsor.
Encienda la fuente de alimentación de la bobina con la corriente de bobina de 90 amperios. Encienda la fuente de alimentación del propulsor con la corriente de descarga de 240 amperios. Encienda la fuente de alimentación de encendido.
Mantenga el propulsor trabajando durante al menos cinco minutos. Apague la fuente de alimentación del propulsor y el suministro de propulsores. Detenga la recodificación.
Después del precalentamiento, podemos realizar la medición de empuje. Mueva el soporte de empuje a la posición 550 milímetros desde el propulsor. Comience a grabar la señal.
Arranque el suministro de propulsores. Encienda el propulsor con corriente de bobina de 90 amperios y corriente de descarga de 240 amperios. Aumente la corriente de la bobina a 90 amperios.
Posteriormente, aumente la corriente de descarga a 800 amperios. A continuación, aumente la corriente de la bobina a 230 amperios. Apague el propulsor cuando la salida del soporte de empuje se vuelva estable.
Detenga el suministro de propulsores. Detenga la recodificación. Resultados representativos.
En los experimentos, controlamos la corriente de descarga, el caudal de masa propulsora y el campo magnético aplicado. A continuación, medimos el valor de la tensión de descarga y el empuje en función del cual podemos obtener otros parámetros de rendimiento como potencia, impulso específico y eficiencia de empuje. En esta figura se muestra una señal típica de voltaje de descarga.
Después de encender la fuente de alimentación, se empleará un alto voltaje en el propulsor para descomponer el propulsor neutro. Después de la ignición, las tendencias de voltaje a un valor constante y básicamente se mantiene constante. Entonces podemos decir que la ignición es exitosa.
En esta figura se muestra un resultado típico de la medición de empuje. Comenzamos a registrar la señal del soporte del propulsor antes del suministro de propulsor, que se trata como un punto de empuje cero. Habrá un ligero empuje después de suministrar el propulsor.
Después de la ignición, habrá una gran oscilación. Entonces el empuje tiende a un valor constante. Habrá una deriva cero debido a la deformación térmica del objetivo, cuyo valor es de 50 mililitros.
El error causado por la deriva no es más del 1%La cifra muestra las características de descarga durante la media hora de trabajo continuar. Confundamos que el propulsor se ve a estado estable rápidamente después de la ignición, y el voltaje es muy estable durante este período. Esta figura muestra los cambios de apariencia del cátodo hueco de tungsteno de tantalio antes y después de los experimentos.
El tiempo total del experimento es de más de 10 horas. Podemos encontrar una ligera erosión que se distribuye uniformemente en la superficie exterior del cátodo, lo que significa que el propulsor tiene el potencial de trabajar durante un tiempo mucho más largo que 10 horas. Después de la prueba de continuación del trabajo, exploramos el rendimiento del propulsor en el rango de potencia de 50 a 100 kilovatios.
El mejor rendimiento se obtiene a 99,5 kilovatios mientras que el empuje es de 3.052 milevonuevos. El impulso específico es de 4, 359 segundos, y la eficiencia de empuje es 67%Es digno de mención que cuando el propulsor alcanza el mejor rendimiento, la presión de fondo es 0.2 pascal. El rendimiento medido puede ser superior al valor real debido a la influencia de la alta presión.
El probador está hecho de tungsteno de tantalio y muestra la resistencia a la operación. La potencia de gas es de 100 kilovatios con un empuje de 3.050 minticonton, el impulso específico de 4.300 segundos y la eficiencia del 67%
