Цель этого протокола заключается в внедрении конструкции 100 киловатт-класса прикладного поля магнитоплазмадинамического двигателя и относительно экспериментируемого метода. Магнитоплазмадинамический двигатель, то есть MPD двигатель, является типичным электрическим ускорителем. Он хорошо известен высоким специфическим импульсом и высокой плотностью двигателей, и рассматривается в качестве основных кандидатов для наших основных двигателей в наших будущих космических полетов высокой мощности.
В этой статье мы представим дизайн 100-киловаттного класса прикладного поля MPD двигатель, необходимые экспериментальные системы для проведения эксперимента относительного двигателя и этапы работы, чтобы закончить этот эксперимент. Проектирование тягового двигателя. Двигатель в основном состоит из анода, катода и изолятора.
Анод изготовлен из меди с цилиндром, расходящимся соплом, минимальный внутренний диаметр которого составляет 60 миллиметров. Катод построен из тантала вольфрама с девятью каналами топлива, внешний диаметр которого составляет 16 миллиметров. На левой стороне имеется полый катодный разъем.
Топливо течет через центральную часть разъема и достигает полого катода. Внутри катодной базы имеется большая полость, соединяющаяся с девятью цилиндрическими каналами. Полость выступает в качестве буфера для повышения однородности распределения топлива в девяти каналах.
Катод соединен с электрическим кабелем с кольцеобразным медным блоком, который устанавливается вокруг катодного разъема. Помимо основного кузова двигателя, для работы MPD-двигателя необходима и внешняя магнитная катушка. Катушка состоит из 288 поворотов круг медных труб, которые выступают в качестве прохода для электрического тока и охлаждающей воды.
Внутренний диаметр катушки составляет 150 миллиметров, а внешний диаметр – 500 миллиметров. Самая высокая прочность поля в центральном составляет 0,25 telsa. Экспериментальная система.
Экспериментальная система обеспечивает необходимые условия для эксперимента, который в основном включает в себя шесть подсистем. Во-первых, вакуумная система обеспечивает необходимую вакуумную среду для двигателя. А диаметр камеры составляет три метра, а длина – два метра.
Давление окружающей среды может поддерживаться под 0,01 паскаля. Во-вторых, система источника питания. Система источника питания состоит из источника питания зажигания, источника питания двигателя, источника питания катушки и кабелей.
Источник питания зажигания может обеспечить восемь киловольт или 15 киловольт разряда напряжения. Источник питания двигателя обеспечивает прямое ток до 1000 ампер. Источник питания катушки обеспечивает прямое ток до 240 ампер.
Третья - система подачи топлива, которая питает газовые двигатели двигателями. Эта система в основном включает в себя источник газа, контроллер скорости массового потока и газопроводы. Четвертой является система охлаждения воды, которая обеспечивает высокое давление воды для обмена дополнительного тепла двигателя, магнитной катушки и источников питания.
Затем идет система приобретения и управления, которая может записывать сигналы условий работы двигателя и управлять другими системами. Последней является система измерения тяги цели, которая может быть использована для измерения тяги. Целевой тяговой стенд в основном состоит из пластины цели, тонкий луч, датчик смещения, поддержка кадра, ося подвижной платформы и радио подвижной платформы.
Плазма может быть перехвачена мишенью, и цель будет толкаться плазмой. Смещение цели может быть измерено датчиком, размещенным позади цели. Таким образом, мы можем оценить тягу.
Подготовка к эксперименту. Установите двигатель. Протрите компоненты двигателя спиртом в чистой комнате.
Соберите анод с помощью изолятора. Соедите катод, держатель катода и катодный разъем. Добавьте катодную часть в анодовую часть.
Установите средний разъем в сборку и исправить их с винтами. Установите сиденье катушки на экспериментальной платформе с погрузчиком. Поместите экспериментальную платформу на направляющий рельс вакуумной камеры.
Установите двигатель на катушку. Свяжите анод и катод с соответствующими электрическими кабелями. Свяжите магнитную катушку с источником питания катушки.
Присоединяйтесь к трубам охлаждения воды и трубе подачи топлива с двигателем. Присоединяйтесь к трубам охлаждения воды с катушкой. Установите подвижную платформу внутри камеры и зафиксйте на ней основной корпус тяги.
Отрегулируйте положение подвижной платформы, чтобы сделать центральную линию двигателя и цель уступать друг другу. Затем мы сотрудничаем тяги стенда. Во-первых, нагрузка разного веса на совместное устройство и запись соответствующего выхода тяги стенда.
Повторите процесс как минимум три раза. Затем мы можем рассчитать эластичный коэффициент тяги стенда в соответствии с данными калибровки. Вакуумизировать вакуумную камеру.
Закройте дверь камеры. Запустите механические насосы. Запустите молекулярные насосы, когда фоновое давление в камере ниже пяти паскаль.
Запустите криогенные насосы, когда фоновое давление в камере ниже 0,05 паскаля. Подождите, пока давление достигнет 10 до мощности минус четыре Паскаля. Эксперимент по измерению зажигания и тяги.
Нам нужно разогреть двигатель, если двигатель подвергся воздействию воздуха. Начните записывать сигнал. Установите скорость потока массы топлива на уровне 40 миллиграммов и продолжайте поставлять в течение по крайней мере 20 минут.
Включите охлаждающую воду. Установите рабочую частоту анодных и катодных водяных охлаждающих насосов на уровне 10 герц. Перемести тягу в положение, далекое от двигателя.
Включите источник питания катушки с током катушки 90 ампер. Включите источник питания двигателя с током разряда 240 ампер. Включите источник питания зажигания.
Держите двигатель работает, по крайней мере пять минут. Выключите источник питания двигателя и топливо питания. Остановите перекодирование.
После разогрева мы можем выполнить измерение тяги. Перемести тягу в положение 550 миллиметров от двигателя. Начните записывать сигнал.
Запустите поставку топлива. Воспламенить двигатель с 90 ампер катушки тока и 240 ампер разряда тока. Увеличьте ток катушки до 90 ампер.
Впоследствии увеличьте ток разряда до 800 ампер. Затем увеличьте ток катушки до 230 ампер. Выключите двигатель, когда выход стенда тяги становится стабильным.
Остановите поставку топлива. Остановите перекодирование. Результаты представительов.
В экспериментах мы контролируем ток разряда, скорость потока массы топлива и применяем магнитное поле. Затем мы измеряем значение напряжения разряда и тяги, на основе которых мы можем получить другие параметры производительности, такие как мощность, специфический импульс и эффективность тяги. Типичный сигнал разрядного напряжения показан на этой цифре.
После включив источник питания, высокое напряжение будет использоваться на двигателе, чтобы сломать нейтральное топливо. После зажигания напряжение постоянно меняется и в основном остается неизменным. Тогда можно сказать, что зажигание успешное.
Типичный результат измерения тяги показан на этой цифре. Начинаем записывать сигнал стенда двигателя перед поставкой топлива, которое рассматривается как нулевая точка тяги. Там будет небольшая тяга после поставки топлива.
После возгорания произойдет большое колебание. Затем тяга имеет тенденцию к устойчивому значению. Будет нулевой дрейф из-за тепловой деформации цели, значение которой составляет 50 миллиньютон.
Ошибка, вызванная дрейфом, составляет не более 1%На рисунке показаны характеристики разряда в течение получаса продолжают работу. Мы конфундируем, что двигатель тенденции к устойчивому состоянию быстро после зажигания, и напряжение очень стабильна в этот период. На этой цифре показаны изменения внешнего вида тантала вольфрама полого катода до и после экспериментов.
Общее время эксперимента составляет более 10 часов. Мы можем обнаружить небольшую эрозию равномерного распределения на внешней поверхности катода, что означает, что двигатель имеет потенциал для работы в течение гораздо более длительного времени, чем 10 часов. После продолжения испытаний мы изучили производительность двигателя в диапазоне мощности от 50 до 100 киловатт.
Лучшая производительность получена на 99,5 киловатт в то время как тяга 3, 052 millinewton. Конкретный импульс составляет 4 359 секунд, а эффективность тяги составляет 67%Примечательно, что когда двигатель достигает наилучшей производительности, фоновое давление составляет 0,2 паскаля. Измеренная производительность может быть выше фактического значения из-за влияния высокого давления.
Испытатель сделан из тантала вольфрама, и он показывает сопротивление операции. Мощность газа составляет 100 киловатт при тяге 3, 050 миллиньютон, специфический импульс 4, 300 секунд, и эффективность 67%
