Name: optimization, test and diagnostics of miniaturized hall thrusters
Uploaded: 2019-02-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters at JoVE.com

Эта работа была поддерживается в часть Остин-ПСП/EDB, Национальный исследовательский фонд (Сингапур), Академический исследовательский фонд AcRF Tier 1 RP 6/16 (Сингапур) и Джордж Вашингтон Институт нанотехнологий (США). I. L. отмечает поддержку от школы химии, физики и машиностроения, науки и инженерного факультета, Квинслендский технологический университет.

Здесь мы представляем протоколы для тяги калибровочной процедуры и оценки, независимый направленность проверки через null измерения и шлейфа profilometry через зондирования пространственные данные на месте.
1. тяга калибровочной процедуры и направленность оценки
<ol><li>Убе...

Типичные Холл типа двигателей44 относительно простых, дешевых и высокоэффективных устройств, которые может ускорить поток ионов к скорости несколько десятков км/сек, обеспечивая тяги, необходимых для ускорения спутников и космических кораблей, а также для маневрирование, ...

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:912px;" width="911">
	<tbody>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;width:429px;">Arduino Microcontroller</td>
			<td style="width:159px;">Arduino</td>
			<td style="width:260px;">Arduino Uno Rev 3</td>
			<td style="width:65px;"></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Bluetooth communication device</td>
			<td>SG Botic</td>
			<td>WIR-02471</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Cryogenic Pump</td>
			<td>ULVAC</td>
			<td>CRYO-U12HLE&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Digital Oscilloscope</td>
			<td>Yokogawa</td>
			<td>DLM 2054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Dry Pump</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>Triscroll-600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">High resolution laser displacement sensor</td>
			<td>Micro-Epsilon</td>
			<td>optoNCDT ILD-1420-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Mass Flow Controller</td>
			<td>MKS</td>
			<td>MKS M100B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Optical Emission Spectrometer</td>
			<td>Avantes</td>
			<td>AvaSpec-ULS2048XL-EVO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Servo Motor</td>
			<td>Tower Pro</td>
			<td>Servo Motor SG90</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Stepper Motor</td>
			<td>Oriental Motor</td>
			<td>PKP213D05A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="31">
			<td height="31" style="height:31px;">Turbomolecular Pump</td>
			<td>Pfeiffer</td>
			<td>ATH-500M</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization, test and diagnostics of miniaturized hall thrusters

Умные, очень эффективный и прочный малой тяги двигателей, способный расширенный, надежной работы без посещаемости и перестройки требуют миниатюрных космических аппаратов и спутников. Термохимические подруливающих устройств, которые используют термодинамических свойств газов как средства ускорения имеют физические ограничения на скорость их выхлопных газов, что приводит к низкой эффективности. Кроме того эти двигатели демонстрируют крайне низкий КПД при небольших тяги и могут быть неподходящими для непрерывно операционных систем, которые обеспечивают в реальном времени адаптивного управления аппарата ориентации, скорости и позиции. В отличие от электродвигательные системы, которые используют электромагнитных полей для ускорения ионизированные газы (то есть, плазма) не имеют каких-либо физических ограничений с точки зрения скорости выхлопных газов, позволяя практически любой массы эффективности и удельный импульс. Двигателей малой тяги Hall имеют несколько тысяч часов. Диапазоны напряжения разряда между 100 и 300 V, работающих на номинальной мощности < 1 кВт. Они варьируются от 20 до 100 мм. Большой зал подруливающие устройства может обеспечить фракций миллиньютон тяги. За последние несколько десятилетий наблюдается растущий интерес к небольшой массы, низким энергопотреблением и высокой эффективности двигательных систем привода спутников 50-200 кг. В этой работе мы покажем, как создавать, тестировать и оптимизировать небольшой (30 мм) Холл подруливающего устройства способны метательным малоразмерных спутников весом около 50 кг. Мы покажем подруливающим устройством, работающих в среде симулятор большого пространства и описывают, как измеряется тяги и электрических параметров, включая характеристики плазмы, собираются и обрабатываются для оценки параметров ключа подруливающим устройством. Мы также покажем, как толкатель оптимизирован чтобы сделать его одним из наиболее эффективных малых двигателей когда-либо построенных. Мы также будем решать проблемы и возможности, предоставляемые новыми материалами подруливающим устройством.

Процедура калибровки тяги и направленность оценки
Вычисление значений тяги от стадии измерения тяги quadfilar приходит в два этапа. Первый этап — путем получения коэффициентов калибровки от блока автоматической беспроводной ка?...

Watch this Scientific Journal Video about Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters at JoVE.com

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Здесь мы представляем протокол для тестирования и оптимизации космических двигательных систем на основе миниатюрных Холл тип подруливающие устройства.

Оптимизация, испытания и диагностика миниатюрных Холл подруливающие устройства

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

Общая цель этой презентации состоит в том, чтобы представить методологию, связанную с тестированием специализированных электрических двигателей в наземном объекте моделирования космической среды. Методы включают в себя автоматизированные системы, которые включают аппаратную интеграцию программного обеспечения для реализации интеллектуальных систем для автоматизированной или удаленной диагностики и оценки производительности двигательных модулей и других полезных нагрузок в космосе. Центр космических двигателей, Сингапур, является исследовательским центром в Национальном институте образования, Наньянский технологический университет, Сингапур.Разработанные здесь условия испытаний включают два объекта моделирования космической среды для различных целей. Масштабируемый симулятор космической среды первично используется при пожизненных испытаниях двигателей. На этом объекте в течение длительного времени увольняются тягача для оценки воздействия повреждения плазмы на сигнальные каналы.а затем сделать вывод о сроках службы двигателей. Четырехугольная подвесная ступень позволяет правильно визуализировать, как двигательные модули, установленные на различных полезных нагрузках, могут влиять на маневр на месте в космосе. Это моделируется путем монтажа и подвески всей полезной нагрузки на подвесной системе.Затем двигатели могут быть уволены, а подвесная платформа, на которой установлены модули, приводятся в соответствии с условиями в пространстве. Четырехугольный маятник также ускоряет процесс выравнивания, калибровки и установки двигателей и модулей для тестирования в космической среде. При такой настройке только один оператор обязан в испытательном объекте использовать частотную модуляцию на торсионных проводах, чтобы выровнять и откалибровать всю систему.В крупномасштабной космической среде симулятор, помимо четырехугольной подвесной тяги этап, который позволяет на месте производной тяги, Модульные пространственно приводом роботизированных зондов также могут быть настроены для монтажа через настраиваемые единицы крепления. Стоит также отметить, что большой фонд космической среды оснащен многочисленными точками монтажа и вакуумными электронными фильтрами сцепления, позволяющими устанавливать несколько двигателей и диагностического оборудования для одновременной оценки производительности. Это сокращает время простоя, понесенные при эвакуации и перекачивается камера во время установки доступа и процессов перенастройки, если тестирование должно было быть сделано индивидуально.Теперь мы проанамируем процедуры установки и калибровки четырехугольного маятника перед испытанием силовых агрегатов. Во-первых, убедитесь, что все компоненты установлены в камере по мере необходимости для последующего тестирования. Проверьте подключение диагностических инструментов внешне перед уплотнением камеры.Используйте интегрированный элемент управления для уплотнения камеры. Включите вакуумные насосы в каскадном порядке, начиная с сухих насосов, турбо молекулярных насосов, а затем криогенных насосов. Используйте разработанные приложения для синхронизации устройств с беспроводными транспондерами в камере.Процесс синхронизации завершен, когда мигающий светодиод на транспондерах перестанет мигать. После того, как желаемый вакуум был получен и первоначальное чтение смеется датчик лазерного смещения в качестве базового. Используйте разработанное приложение, чтобы вызвать снижение откалиброванного веса для силового перевода на четырехугольной стадии.Запись смещения от датчика лазерного смещения. Повторите процесс снижения веса и записи четырехугольной стадии смещения до тех пор, пока не будут израсходованы все весы калибровки. Нарисуйте кривую калибровки для получения фактора калибровки для системы, установленной на четырехугольной сцене.Двигатели могут быть уволены и желаемые параметры могут быть захвачены в режиме реального времени по программе сбора данных, написанной в доме исследователей. Кроме того, интегрированное приложение может быть использовано для полной автоматизации процесса калибровки при синхронизации последовательности активации от двигателей и получения данных от датчиков соответственно. Теперь мы пройдите процедуры независимой проверки полученных параметров тяги до нулевого измерения и того, как пространственно активированный прокси может быть запущен для получения профилей шлейфа после измерения тяги.Во-первых, возьмите базовое чтение четырехугольного маятника в равновесном положении. Переключение эксплуатационных параметров на желаемые значения от панели управления двигателем и огня двигателя. После того, как доверие выстрелил, ждать колебаний на четырехугольный маятник, чтобы стабилизироваться.После стабилизации используйте приложение управления для нулевой системы измерения, чтобы вызвать снижение веса. Весы постоянно снижаются до тех пор, пока четырехугольная стадия не будет активирована обратно в равновесие. Как только равновесное положение достигнуто, последовательность активации прекращается и определяется сила, необходимая для того, чтобы вернуть четырехугольную систему к равновесию.Затем срабатывает блок пробки, чтобы остановить перемещение четырехугольной ступени. Затем на горе зонда пространственных измерений выполняется размашивая последовательность. Синхронизированная последовательность зацикленная для получения данных от зонда в каждом пространственном месте и хранится в массиве, который должен быть проанализирован соответствующим образом.Другие зонды могут быть настроены для установки на модульное вложение для использования пространственной информации о профилях шлейфа. В этом разделе мы будем проходить через типичные результаты, полученные из последовательности калибровки, а также типичные профили шлейфа, полученные через фарадей зонд развертки. Калибровка четырехугольной тяги к стадии измерения делается за счет занятости этого зонда двигателя, управляемого для системы перевода.Для получения калибровочные факторы, необходимые для получения тяги во время экспериментальных задач. Последовательность, срабатываемая оператором автоматизированной программы для снижения веса тонкой калибровки, которая действует вертикально и переводится горизонтально для имитации активации при срабатывании двигателя. Показания с датчика лазерного смещения высокого разрешения принимаются с каждым интервалом, а затем для получения коэффициента калибровки для последующих измерений системы вытягивается кривая калибровки.На этом рисунке мы видим типичную кривую калибровки, нарисованную в ходе одного автоматизированного процесса калибровки. Как видно, правильное выравнивание и установка четырехугольной стадии приводит к очень линейной калибровке участка, дающих коэффициент калибровки 27,65 милли ньютонов на вольт. В стандартизированной настройке для измерений тяги над широким спектром сил.Установка также может быть изменена, чтобы соответствовать весам калибровки для расширенных режимов, как показано на этом участке калибровки. Торсионные провода корректируются с чувствительностью, и веса калибровки и курса включаются для получения участка калибровки, который является линейным в обоих режимах. На этом рисунке показана выборка измерений на месте для производной тяги.На этом рисунке показано, как оператор способен контролировать зависимость тяги от разрядного напряжения. В ходе эксперимента, пока разряд не будет потушен. Используя четырехугольную ступень измерения тяги, мы смогли измерить тягу, производимую всем двигателем при различной входной мощности, учитываемой током разряда и прикладным напряжением.С помощью этой информации можно получить различия в эффективности и конкретных импульсах в отношении входной мощности. Эти цифры показывают, как тяга и специфический импульс варьируются в зависимости от входной мощности при четырех различных скоростьх массового потока. И эта цифра показывает, как эффективность зависит от входной мощности.Результаты показывают, что двигатель был оптимизирован для работы на входной мощности ниже 100 Вт, где низкие темпы потока привели к эффективности почти 30% После запуска двигателя нулевой последовательности измерения срабатывает для независимой проверки доверия, полученного из системы. Когда тяга выстрелил, этап вытесняет в зависимости от величины движения, полученных из системы. Null measurement unit — это симметричная система, установленная напротив калибровочного блока, которая использует аналогичную систему перевода силы для того, чтобы вернуть сцену в равновесие.Датчик лазерного смещения активно отслеживает перемещение на протяжении всего измерения и запускает систему активации для активации последовательности, которая прекращается только тогда, когда достигается базовое равновесие. Оператор также может визуализировать профили шлейфа in situ, как показано на этой цифре. Эта цифра показывает, как мощность разряда влияет на величину пиковой плотности тока железа и полную ширину в половину максимума соответственно.Физические процессы, которые являются неотъемлемой частью плазмы, как известно, диск и контролировать самоорганизации и самостоятельной сборки во время синтеза материала. в КУТ в сотрудничестве с источниками плазмы и центром применения, мы изучаем, как эти строительные блоки формируются, формируются и доставляются на поверхности в различных условиях плазмы. Мы надеемся, что, понимая, как ведут себя эти плазменные структуры, мы сможем разработать процессы, которые обеспечат своевременную и эффективную доставку и включение только для того, чтобы добавить место, где ремонт действительно необходим.Обеспечение нас плазменными двигательными установками, которые дольше служат и более эффективны. В этой презентации мы представили обзор соображений, сделанных при проектировании объекта для тестирования двигательных установок и развертываемых модулей в смоделированной космической среде. Кроме того, мы продемонстрировали универсальность и сильные стороны использования систем на основе микроконтроллеров для сбора данных на местах и аналитики, которые могут быть быстро адаптированы для выполнения других способов оценки в зависимости от потребностей оперативных миссий соответственно.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Linear Momentum, Impulse and Collisions

SCIENTISTS IN ACTION

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Производство синтетического ядерной расплава стекла

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

С использованием синхротронного излучения микротомография Расследования многомасштабном Трехмерные Микроэлектронные пакеты

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Протокол испытаний Электрохимический и характеристика апротонных Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Аккумулятор

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

100 кВт класса применяется поле Magnetoplasmadynamic подруливающее устройство

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Разработка нос только ингаляционной токсичности испытательной камеры, что обеспечивает четыре экспозиции концентрации нано размера частиц

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is ...

Characterization of SiN Integrated Optical Phased Arrays on a Wafer-Scale Test Station

Характеристика интегрированных оптических фазированных массивов SiN на испытательной станции Вафель-Шкала

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

Изготовление и характеристика режима толщины Piezoelectric устройства для атомизации и acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...

Laboratory Scale Slow Cook-Off Testing of Rocket Propellants: The Combustion Rate Analysis of a Slowly Heated Propellant (CRASH-P) Test

Laboratory Scale Slow Cook-Off Testing of Rocket Propellants: The Combustion Rate Analysis of a Slowly Heated Propellant CRASH-P Test

Лабораторные испытания ракетного топлива в масштабе медленного приготовления: анализ скорости горения медленно нагретого топлива (CRASH-P)

Solid rocket propellants are widely used for propulsion applications by military and space agencies. Although highly effective, they can be dangerous to ...