Name: a 100 kw class applied-field magnetoplasmadynamic thruster
Uploaded: 2018-12-22T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על-ידי התוכנית מחקר בסיסי (מס ' JCKY2017601C). אנחנו מעריכים את העזרה של תומאס מ יורק, פרופסור אמריטוס באוניברסיטת אוהיו.

1. לקראת הניסוי
<ol><li>להתקין את מנוע.<ol>
<li>נגב את הרכיבים של הבד אבק withnon מנוע, ספוגה באלכוהול נטול מים, בתוך חדר נקי.</li>
		<li>להרכיב האנודה עם בידוד חשמלי.</li>
		<li>מביאים יחד את הקתודה, מחזיק קטודית קטודית מחבר.</li>
		<li>להוסיף את החלק קטודית החלק אנודת.</li>
		<li>התקן המחבר האמצעי מכלול, לתקן אותם ע?...

<ol>
	<li>Kodys, A., Choueiri, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Critical+Review+of+the+State-of-the-Art+in+the+Performance+of+Applied-field+Magnetoplasmadynamic+Thrusters.">A Critical Review of the State-of-the-Art in the Performance of Applied-field Magnetoplasmadynamic Thrusters.</a> , (2005).</li><li>Arakawa, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+Effects+in+an+Applied-field+Magnetoplasmadynamic+Thruster.">Electromagnetic Effects in an Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster.</a> Journal of Propulsion &amp; Power. 8 (1), 98-102 (1992).</li><li>Myers, R., Lapointe, M., Mantenieks, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MPD+thruster+Technology.">MPD thruster Technology.</a> , (1991).</li><li>Myers, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applied-field+MPD+thruster+performance+with+hydrogen+and+argon+propellants.">Applied-field MPD thruster performance with hydrogen and argon propellants.</a> Journal of Propulsion &amp; Power. 9 (5), 781-784 (1993).</li><li>Albertoni, R., Rossetti, P., Paganucci, F., Andrenucci, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+a+100-kW+class+Applied-Field+MPD+Thruster.">Experimental Study of a 100-kW class Applied-Field MPD Thruster.</a> , (2011).</li><li>Lapointe, M., Strzempkowski, E., Pencil, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Power+MPD+Thruster+Performance+Measurements.">High Power MPD Thruster Performance Measurements.</a> , (2004).</li><li>Tahara, H., Kagaya, Y., Yoshikawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+and+Acceleration+Process+of+Quasisteady+Magnetoplasmadynamic+Arcjets+with+Applied+Magnetic+Fields.">Performance and Acceleration Process of Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arcjets with Applied Magnetic Fields.</a> Journal of Propulsion and Power. 13 (5), 651-658 (1997).</li><li>Tahara, H., Kagaya, K., Yoshikawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Applied+Magnetic+Fields+on+Performance+of+a+Quasisteady+Magnetoplasmadynamic+Arc.">Effects of Applied Magnetic Fields on Performance of a Quasisteady Magnetoplasmadynamic Arc.</a> Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 337-342 (1995).</li><li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+Effective+Voltage+in+Applied-Field+MPD+Thrusters.">Increasing the Effective Voltage in Applied-Field MPD Thrusters.</a> Journal of Physics D Applied Physics. 51, 085201 (2018).</li><li>Myers, R., Mantenieks, M., Sovey, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+Effects+in+Applied-field+MPD+Thrusters.">Geometric Effects in Applied-field MPD Thrusters.</a> , (1990).</li><li>Myers, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+Scaling+of+Applied-Field+Magnetoplasmadynamic+Thrusters.">Geometric Scaling of Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters.</a> Journal of Propulsion and Power. 11 (2), 343-350 (1995).</li><li>Mikelides, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applied-Field+Magnetoplasmadynamic+Thrusters,+Part+2:+Analytic+Expressions+for+Thrust+and+Voltage.">Applied-Field Magnetoplasmadynamic Thrusters, Part 2: Analytic Expressions for Thrust and Voltage.</a> Journal of Propulsion and Power. 16 (5), 894-901 (2000).</li><li>Nakata, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+for+the+Optimal+Electrode+Geometry+in+an+MPD+Thruster.">Experimental Study for the Optimal Electrode Geometry in an MPD Thruster.</a> , (2007).</li><li>Kurtz, H., Auweter-Kurtz, M., Merke, W., Schrade, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+MPD+thruster+investigations.">Experimental MPD thruster investigations.</a> , (1987).</li><li>Blackstock, A. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+Using+a+25-kW+Hollow+Cathode+Lithium+Vapor+MPD+Arcjet.">Experiments Using a 25-kW Hollow Cathode Lithium Vapor MPD Arcjet.</a> AIAA Journal. 8 (5), 886-894 (1970).</li><li>Krulle, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+and+local+analysis+of+MPD+thruster+operation.">Characteristics and local analysis of MPD thruster operation.</a> , (1967).</li><li>Malliaris, A. C., Libby, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Velocities+of+Neutral+and+Ionic+Species+in+a+MPD+Flow.">Velocities of Neutral and Ionic Species in a MPD Flow.</a> , (1969).</li><li>Wang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Target+thrust+measurement+for+applied-field+magnetoplasmadynamic+thruster.">Target thrust measurement for applied-field magnetoplasmadynamic thruster.</a> Measurement Science &amp; Technology. 29, 075302 (2018).</li><li>Tikhonov, V. B., Semenikhin, S. A., Brophy, J. R., Polk, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Experimental Performance of the 100-kW Li MPDT with External Magnetic. , (1995).</li><li>Burkhart, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low environmental pressure MPD arc tests. , (1967).</li><li>Boxberger, A., Jüstel, P., Herdrich, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+100+kW+Steady+State+Applied-Field+MPD+Thruster.">Performance of 100 kW Steady State Applied-Field MPD Thruster.</a> , (2017).</li><li>Malliaris, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+Quasi-Steady+MPD+Thrusters+at+High+Powers.">Performance of Quasi-Steady MPD Thrusters at High Powers.</a> AIAA Journal. 10 (2), 121-122 (1972).</li><li>Knudsen, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Kinetic Theory of Gases (London:Methuen). , 26-27 (1950).</li><li>Auweter-Kurtz, M., Krulle, G., Kurtz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Investigation+of+Applied-Field+MPD+Thrusters+on+the+International+Space+Station.">The Investigation of Applied-Field MPD Thrusters on the International Space Station.</a> , (1997).</li><li>Connolly, D., Sovie, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+background+pressure+on+magnetoplasmadynamic+thruster+operation.">Effect of background pressure on magnetoplasmadynamic thruster operation.</a> Journal of Spacecraft and Rockets. 7 (3), 255-258 (1970).</li><li>Esker, D., Kroutil, J., Sedrick, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cathode Studies of a Radiation Cooled MPD Arc Thruster. , (1970).</li><li>Myers, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plume+characteristics+of+MPD+thrusters+-+A+preliminary+examination.">Plume characteristics of MPD thrusters - A preliminary examination.</a> , (1989).</li></ol>

פרוטוקול זה מתאר את התהליכים של הצתה, הפעולה ואת דחף מדידה של שדה שיעור חלה kW 100 MPD מנוע. נקודת המפתח בעיצוב של מנוע MPD עבור ביצועים מיטביים היא בחירת התצורה הנכונה על פי המטרה ספציפיים. מדחפים MPD עם אנודת מתכנסת מתבדרת יכול לתפקד מצב יציב בטווח מבצע גדול. עם זאת, הביצועים עשוי להיות נמוך יותר ?...

מדחפים MPD ידועים על צפיפות גבוהה יחסית דחף ו-2,1,3מתקף סגולי גבוה. אולם, יעילות דחף אופייני1 של המדחפים MPD היא נמוכה יחסית, במיוחד עם הודף של הגזים האצילים-4,-5,-6. עבור רוב מדחפים MPD, חלק זרימת הטען מוזרק לתוך החדר השחרור של חריץ בין אנודת ו קטודית7,8 , עם התוצאה כי רכיב רדיאלי הוא חלק ניכר השחרור הכולל. עם זאת, כדי ליצור דחף, אפקטים קינטי רדיאלי צריך להיות מומר תנועה קינטית צירית עם זרבובית פיזי או זרבובית מגנטי. בהתאם לכך, תכונה מרכזית של מנוע MPD העיצוב החדש הוא דלק כל מסופק באמצעות הקתודה, אשר יכול לשמש כדי לעכב שחרור רדיאלי; בדרך זו, ניתן להגדיל את הפרופורציה של אנרגיה צירית. יש אפקט הוסיף כי הפרמטר הול ב הפלזמה סביב האנודה יכול להיות מוגברת על ידי הירידה של צפיפות מספר סביב האנודה, אשר יכול לחזק את רכיב התאוצה9הול. מאז דלק הוא קרוב לפני השטח הפנימי של הקתודה איפה נפלטים כמויות גדולות של אלקטרונים הראשונית במצב זה של הזרקת, הקצב יינון הטען ניתן להגדיל באופן משמעותי. יתר על כן, אורך אנודת מוזער להקטין אזור חיבור קיר-פלזמה ולהפחית אנודת כוח התצהיר10,11. כמו אנודת מתבדרת מוחל, זה להקטין את הזווית בין אנודת קווי שדה מגנטי ולא להקטין אנודת כוח לעדות נוספת12,13.
למרות היתרונות שצוין לעיל כדי לשפר את הביצועים, אספקת הטען מלאה בזריקה קטודית עלול להגביר את הסיכון של הרעבה אנודת אשר עלולה לגרום לתופעות "התפרצות"14. לעכב התנהגות זו, אנו יש נסוגים הקתודה חזרה לבסיס של אנודת. האלקטרונים יכולים אז מפוזר מספיק בכיוון רדיאלי לפני שעזב את היציאה אנודת, אשר ישמש כדי להקל על הרעב אנודת. עוד, מאומץ על הקתודה חלול רב-ערוצי; לעומת הקתודה חלול ערוץ אחד, קטודית חלול רב-ערוצי באפשרותך להגדיל את שטח פליטת אלקטרון ולבצע את ההפצה של דלק אחיד. עם שינוי זה, כל החיים והן היציבות מנוע יכול להיות מוגבר15,16,17.
עוצמת מנוע מעוצב הוא 100 קילוואט ומבנה הקירור הכרחי עם פעולת מצב יציב. בניסויים במעבדה הנוכחי, מבנה water-cooling יעיל הוא מועסק. עם זאת, כדי להעריך את הביצועים של העיצוב מנוע MPD, חיוני כדי לקבל הדחף. עם היישום של מערכת מים בלחץ גבוה לשם העברת חום, יהיו רטט חזק במהלך פעולת קירור כזה, אשר ניתן ליצור הפרעה משמעותית אם השתמשנו מדידות דחף מסורתיים. בהתאם לכך, עמדה המטרה דחף הוא מועסק כדי למדוד את הדחף.
מנוע MPD
כפי שמוצג באיור1, מנוע MPD מורכב אנודת, קטודית, בידוד חשמלי. האנודה עשוי נחושת עם זרבובית מתבדרת גלילי, הקוטר הפנימי מינימום אשר הוא 60 מ מ. יש ערוץ קירור בצורת S ברחבי בדופן הפנימית האנודה. כניסת עודפים של הערוץ נמצאים בראש האנודה, אשר מופרדים על-ידי בתימהון. גוש נחושת רזה הוא מועסק כדי לחבר את אנודת וכבל חשמל. ג'אנקשן נמצאת על המשטח החיצוני של האנודה.
החומר קטודית הוא טונגסטן טנטלום, עם תשעה ערוצי הטען. הקוטר החיצוני של הקתודה הוא 16 מ מ. הקירור של הקתודה מושגת עם בעל water-cooling סביב הבסיס הקתודה. יש ערוץ בצורת טבעת בתוך למחזיק. המים הקרים מוזרק בעל התחתון, זורם החוצה מהחלק העליון. אין מחבר קטודית חלול בצד שמאל של הקתודה. דלק זורם דרך המרכז של המחבר אל החדר קטודית חלול; יש חור גדול בתוך הבסיס קטודית התחברות עם תשעה ערוצי גליל צר. החלל משמש מאגר כדי להגדיל את האחידות של ההתפלגות הטען ערוצים תשע. הקתודה מחובר הכבל החשמלי עם גוש נחושת טבעתי, אשר מותקן סביב המחבר הקתודה.
בנוסף הגוף העיקרי של מנוע, סליל מגנטי חיצוני הוא גם הצורך לייצר שדות עבור המנגנונים מנוע AF-MPD; שדות מגנטיים מספקות שדה מגנטי מתכנסת מתבדרת להאיץ הפלזמה את יחד עם השדה החשמלי. הגליל השדה מורכב פונה 288 מעגלית צינורות נחושת, אשר המעבר למים הנוכחי, קירור חשמלי שני. הקוטר הפנימי של הסליל נמצא 150 מ מ, בעוד הקוטר החיצוני הוא 500 מ מ. עוצמת השדה הגבוה במרכז הוא 0.25 T עם זרם של 230 א
מערכת הניסוי
מערכת הניסוי כולל שש מערכות משנה. תרשים סכמטי של הפריסה הכללית של מערכת ניסויית מוצג באיור 2; הפריסה של מנוע בתוך החדר ואקום מוצג באיור3.
ראשית, מערכת ואקום, אשר מספק את הסביבה ואקום הנחוצה עבור פעולת מנוע, מורכב תא ואקום אחת, שתי משאבות מכניות, משאבת מולקולרי אחד, ארבעה קריוגני משאבות. הקוטר של התא הוא 3 מ', האורך 5 מ'. הלחץ הסביבה יכול להישמר תחת 0.01 הרשות כאשר קצב הזרימה של דלק (ארגון) הוא לא יותר מ-40 מ"ג/s.
שנית, מערכת זו מקור מספק דופק מתח גבוה כדי להצית את מנוע, מספק כוח עבור מנוע להאיץ הפלזמה, מספק כוח להוציא את השדה המגנטי הגליל לקיים את שדה מגנטי חיצוני. מערכת מקור הכוח מורכב מקור כוח הצתה, מקור כוח מנוע, מקור כוח סליל וכבלים. מקור הכוח ההצתה יכול לספק 8 kV או מתח פריקה kV 15. מקור הכוח מנוע מספק זרם ישיר עד 1000 א מקור הכוח סליל מספק זרם ישיר 240 א
שלישית, מערכת אספקת הטען הזנות גז דלק עבור מנועי. המערכת כוללת בעיקר את מקור גז, בקר קצב זרימת מסה של גז לספק צינורות.
מערכת המשנה הרביעית היא מערכת water-cooling, אשר מספק מים בלחץ גבוה לשם החלפת החום מנוע, סליל מגנטי, מקורות כוח. כפי שמוצג באיור4, המערכת מורכבת משאבות קבוצה, מיכל מים, מקרר, בקרי צינורות ומשאבות מים. הצינורות ללא ניצוח בתוך החדר ואקום לספק קירור מים מסוף כדי להפוך את מנוע סליל מגנטי, ומבטיחה את בידוד חשמלי בין האנודה הקתודה, הקרקע.
רכישת ומערכת הבקרה ניתן להקליט את האותות מדידת מנוע תנאי המבצע פעולת השליטה של מערכות אחרות. הוא מורכב של שלושה מחשבים המתאימים, כרטיס רכישה הנתונים והתוכנה כבלים.
כמוצג באיור5, דוכן היעד דחף מורכב המטרה צלחת, הקרן ורזה, חיישן תזוזה, מסגרת תמיכה, פלטפורמה ניד צירית, פלטפורמה ניד רדיאלי. המטרה לקלוט פלזמה אשר דוחף את המטרה. העקירה של היעד נמדד על ידי חיישן ממוקמים מאחורי המטרה, בדרך זו מאפשר הערכה של דחף18.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1097px;" width="1097">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Cryogenic Pumps</td>
			<td style="width:454px;">Brooks Automation</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:317px;">Pumping speed: 10000L/s</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:205px;">Displacement Sensor</td>
			<td style="width:454px;">Panasonic</td>
			<td style="width:123px;">HG-C1030</td>
			<td style="width:317px;">Repetition precision: 10&#956;m 
			Linearity: &#177;0.1% F.S.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Mass Flow Rate Controller</td>
			<td style="width:454px;">Brooks Automation</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Range: 0-120mg/s</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Molecular Pump</td>
			<td style="width:454px;">Oerlikon</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Pumping speed: 2100L/s</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Moveable Plantform</td>
			<td style="width:454px;">Beijing Weina Guangke Automation equipment Co., Ltd.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Range:0-2000mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Plsatic Water Pipes</td>
			<td style="width:454px;">Xingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Ultimate pressure: 4.5MPa</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Propellant Argon</td>
			<td style="width:454px;">Beijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Purity:99.999%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Refrigerator</td>
			<td style="width:454px;">Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Refrigeration power:45kW</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:63px;width:205px;">Water Pumps</td>
			<td style="width:454px;">Liaocheng vanguard Motor Co., Ltd.; 
			Shanghai people pump industry group Manufacturing Co., Ltd.; 
			Nanfang Pump Limited company</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:317px;">Maximum Output pressure: 
			Centrifugal pump:1MPa 
			Plunger pump:10MPa</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a 100 kw class applied-field magnetoplasmadynamic thruster

מנועי magnetoplasmadynamic חלה-שדה (AF-MPD מדחפים) הם היברידית מאיצים בו אלקטרומגנטית ולהאיץ תהליכים דינאמיים גז פלסמה למהירות גבוהה; הם יש פוטנציאל ניכר ליישומי חלל עתידיות עם יתרונות משמעותיים של מתקף סגולי גבוה, דחף צפיפות. בנייר זה, אנו מציגים סדרת פרוטוקולים עבור עיצוב וייצור ברמה 100 קילוואט AF-MPD מנוע עם water-cooling מבנים, מתח הפריקה המקסימלי V 130, של 800 A הפריקה המקסימלי הנוכחי, 0.25 T חוזק מרבי של השדה המגנטי. קטודה טונגסטן טנטלום חלול מעשים כמו הים הטען רק כדי לעכב את הפרשות רדיאלי, ממוקם axially בחלקו האחורי של האנודה כדי להקל אנודת הרעבה. אנודת גלילי נחושת מתבדרת הוא מועסק כדי להקטין אנודת כוח התצהיר, איפה האורך הופחת ל להקטין אזור חיבור קיר-פלזמה. ניסויים מנוצל ואקום מערכת להשגת ואקום עבודה של 0.01 הרשות עבור זרימת מסה הטען הכולל קצב נמוך יותר 40 מ"ג/s ומטרה דחף לעמוד. מנוע הבדיקות בוצעו כדי למדוד את ההשפעה של הפרמטרים עבודה כגון זרימת הטען המחירים, השחרור הנוכחי, עוצמת שדה מגנטי על הביצועים ועל כדי לאפשר ניתוח המתאים. מנוע יכול להיות מופעל ברציפות לתקופה משמעותית עם שחיקה קטנה על פני קטודית חלול. הכוח המרבי של מנוע הוא 100 קילוואט, הביצועים של תצורה water-cooled זו משולה עם זו של המדחפים דיווחו בספרות.

הניסוי, אנחנו שולטים הנוכחי הפרשות (Id), מסה הטען לזרום rate(m) ו להחיל שדה מגנטי (Ba). במבצע, למדוד את הערך של מתח פריקה (מחלת מין) ואנו דחף (T), מן הבסיס אשר חייבים אחרים מופע פרמטרים כמו כוח (P), מתקף סגולי (Isp) דחף יעילות (η)1.
אות טיפוסי ש?...

Watch this Scientific Journal Video about A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster at JoVE.com

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

המטרה של פרוטוקול זה היא להציג את העיצוב של 100 קילוואט שיעור חלה-שדה מנוע magnetoplasmadynamic ושיטות ניסיוני הרלוונטיים.

100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

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

מטרת פרוטוקול זה היא להציג את העיצוב של מחלקה 100 קילוואט מחלקה יישומית שדה מגנטופלסמדינמית ואת השיטה יחסית ניסוי. מדחפים מגנטופלסמדינמיים, כלומר מדחפים MPD, הוא מאיץ חשמלי טיפוסי. היא ידועה בדחף ספציפי גבוה ובצפיפות מדחפים גבוהה, ומתייחסים אליה כאל מועמדת עיקרית להנעה העיקרית שלנו במשימות החלל העתידיות שלנו.במאמר זה, נציג עיצוב של מדחפים MPD מסוג 100 קילוואט, מערכות הניסוי הדרושות לערוך ניסוי מדחפים יחסי ואת שלבי הפעולה כדי לסיים את הניסוי הזה. תכנון מדחפים. המדחפים מורכבים בעיקר מ אנודה, קתודה ומבודד.האנודה עשויה מנחושת עם חריר צילינדר מתפצל, הקוטר הפנימי המינימלי שלו הוא 60 מילימטרים. הקתודה בנויה מטנטלום טונגסטן עם תשעה תעלות דלק, הקוטר החיצוני שלהן הוא 16 מילימטרים. בצד שמאל יש מחבר קתודה חלול.המדחף זורם דרך מרכז המחבר ולהגיע לקתודה החלולה. יש חלל גדול בתוך בסיס הקתודה המתחבר לתשעה ערוצים גליליים. החלל פועל כחוצץ כדי להגדיל את האחידות של התפלגות המדחף בתשעה ערוצים.הקתודה מחוברת לכבל החשמלי עם בלוק נחושת סובב, המותקן סביב מחבר הקתודה. מלבד הגוף העיקרי של המדחפים, סליל מגנטי חיצוני הוא גם הכרחי לעבודה של מדחפים MPD. סליל מורכב 288 סיבובים צינורות נחושת מעגל אשר לשמש המעבר עבור זרם חשמלי ומי קירור.הקוטר הפנימי של סליל הוא 150 מילימטרים, בעוד הקוטר החיצוני הוא 500 מילימטרים. חוזק השדה הגבוה ביותר במרכז הוא 0.25 telsa. מערכת ניסוי.מערכת הניסוי מספקת את התנאים הדרושים לניסוי, הכולל בעיקר שש תת-מערכות. ראשית, מערכת ואקום מספקת את סביבת הוואקום הדרושה למדחפים. וקוטר התא הוא שלושה מטרים, בעוד האורך הוא שני מטרים.לחץ הסביבה יכול לשמור תחת 0.01 פסקל. שנית, מערכת מקור כוח. מערכת מקור כוח מורכבת ממקור כוח הצתה, מקור כוח מדחפים, מקור חשמל סליל וכבלים.מקור כוח ההצתה יכול לספק מתח פריקה של שמונה קילו-וולט או 15 קילו-וולט. מקור הכוח של המדחפים מספק זרם ישיר של עד 1,000 אמפר. מקור הכוח של סליל מספק זרם ישיר עד 240 אמפר.השלישי הוא מערכת אספקת דלק, אשר מאכיל דלק גז עבור מדחפים. מערכת זו כוללת בעיקר מקור גז, בקר קצב זרימה המוני וצינורות אספקת גז. הרביעית היא מערכת קירור מים, המספקת מים בלחץ גבוה להחלפת החום הנוסף של המדחפים, סליל מגנטי ומקורות חשמל.לאחר מכן היא מערכת רכישה ובקרה, אשר יכול להקליט את האותות של תנאי פעולה מדחפים ולשלוט במערכות אחרות. האחרון הוא מערכת מדידת דחף היעד, אשר ניתן להשתמש בהם כדי למדוד את הדחף. מעמד דחף היעד מורכב בעיקר ממטרת לוח, קרן רזה, חיישן תזוזה, מסגרת תמיכה, פלטפורמה מטלטלין אקסיאלית ופלטפורמת רדיו מטלטלין.הפלזמה יכולה להיות מיורטת על ידי המטרה, והמטרה תידחף על ידי הפלזמה. התזוזה של המטרה יכולה להימדד על ידי החיישן הממוקם מאחורי המטרה. בדרך זו, אנחנו יכולים להעריך את הדחף.הכנה לניסוי. התקן את המדחפים. נגב את מרכיבי המדחפים עם אלכוהול בחדר נקי.להרכיב את האנודה עם המבודד. איחדו את מחבר הקתודה, מחזיק הקתודה והקתודה. מוסיפים את חלק הקתודה לחלק האנודה.התקן את המחבר האמצעי במכלול ותקן אותו באמצעות ברגים. להקים את מושב סליל על פלטפורמת ניסוי עם מלגזה. הנח את רציף הניסוי על מעקה מנחה של תא הוואקום.התקן את המדחפים על סליל. קשר את האנודה ואת הקתודה עם כבלים חשמליים מתאימים. קשר את סליל מגנטי עם מקור כוח סליל.חבר את צינורות קירור המים ואת צינור אספקת דלק עם מדחפים. חבר את צינורות קירור המים עם סליל. התקן את הפלטפורמה מטלטלין בתוך התא ולתקן את הגוף העיקרי של דחף לעמוד על זה.להתאים את המיקום של הפלטפורמה מטלטלין כדי להפוך את הקו המרכזי של המדחפים ואת היעד לוותר אחד עם השני. אז נשתף פעולה עם דוכן הדחף. ראשית, לטעון משקלים שונים על מכשיר שיתוף הפעולה ולהקליט פלט המתאים של מעמד הדחף.חזור על התהליך במשך שלוש פעמים לפחות. אז אנחנו יכולים לחשב את המקדם האלסטי של מעמד הדחף על פי נתוני הכיול. לשאוב את תא הוואקום.סגור את דלת התא. התחל את המשאבות המכניות. התחל את המשאבות המולקולריות כאשר לחץ הרקע בתא נמוך מחמישה פסקל.התחל את המשאבות קריוגניים כאשר לחץ הרקע בתא נמוך מ 0.05 פסקל. חכה שהלחץ יגיע ל-10 לכוח של מינוס ארבעה פסקל. ניסוי הצתה ומדידת דחף.אנחנו צריכים מחממים מראש את המדחפים אם המדחפים נחשפו לאוויר. תתחיל להקליט את האות. הגדר את קצב זרימת מסת המדחף על 40 מיליגרם ולהמשיך לספק לפחות 20 דקות.הפעל את אספקת מי הקירור. הגדר את תדירות העבודה של משאבות קירור מים אנודה קתודה ב 10 הרץ. הזז את מעמד הדחף למיקום הרחק מהמדחף.הפעל את מקור הכוח סליל עם זרם סליל של 90 אמפר. הפעל את מקור הכוח של המדחפים עם זרם הפריקה של 240 אמפר. הפעל את מקור כוח ההצתה.שמור על המדחפים עובדים לפחות חמש דקות. כבה את מקור הכוח של המדחפים ואת אספקת המדחף. עצור את הקידוד מחדש.לאחר ההתחממות המוקדמת, אנו יכולים לבצע את מדידת הדחף. הזז את מעמד הדחף למיקום 550 מילימטרים מהמדחף. תתחיל להקליט את האות.התחל את אספקת המדחף. הציתו את המדחפים עם זרם סליל 90 אמפר ותזרים פריקה של 240 אמפר. הגדל את זרם סליל ל 90 אמפר.לאחר מכן, להגדיל את זרם הפריקה ל 800 אמפר. לאחר מכן להגדיל את זרם סליל ל 230 אמפר. כבה את המדחפים כאשר הפלט של מעמד הדחף הופך יציב.עצור את אספקת המדחף. עצור את הקידוד מחדש. תוצאות מייצגות.בניסויים, אנו שולטים בזרם הפריקה, בקצב זרימת מסת המדחף ובהחלת השדה המגנטי. לאחר מכן אנו מודדים את הערך של מתח פריקה ודחף המבוסס על אשר אנו יכולים לקבל פרמטר ביצועים אחרים כמו כוח, דחף ספציפי ויעילות דחף. אות אופייני של מתח פריקה מוצג בנתון זה.לאחר הפעלת מקור הכוח, מתח גבוה יועסק על המדחפים כדי לשבור את המדחף הניטרלי. לאחר ההצתה, מגמות המתח לערך קבוע ובעצם שומרות על קבועות. אז נוכל לומר שההצתה הצליחה.תוצאת מדידת דחף טיפוסית מוצגת בנתון זה. אנחנו מתחילים להקליט את האות של מעמד המדחפים לפני אספקת המדחף, אשר מטופל כנקודת דחף אפס. יהיה דחף קל לאחר אספקת המדחף.לאחר ההצתה, תהיה תנודות גדולות. אז הדחף נוטה לערך קבוע. יהיה אפס להיסחף עקב עיוות תרמי של היעד, הערך של אשר הוא 50 מילניטון.השגיאה הנגרמת על ידי הסחף היא לא יותר מ 1%הנתון מראה את מאפייני הפריקה במהלך חצי שעה להמשיך לעבוד. אנו מתמרנים כי מגמות המדחפים למצב יציב במהירות לאחר ההצתה, והמתח יציב מאוד בתקופה זו. איור זה מראה את השינויים במראה של קתודה חלולה טנטלום טונגסטן לפני ואחרי ניסויים.זמן הניסוי הכולל הוא יותר מעשר שעות. אנחנו יכולים למצוא שחיקה קלה מתחלקת באופן אחיד על פני השטח החיצוניים של הקתודה, מה שאומר שלמשטח יש פוטנציאל לעבוד הרבה יותר זמן מעשר שעות. לאחר מבחן המשך העבודה, חקרנו את הביצועים של המדחפים בטווח הכוח של 50 עד 100 קילוואט.הביצועים הטובים ביותר מתקבלים ב 99.5 קילוואט בעוד הדחף הוא 3, 052 מילניטון. דחף ספציפי הוא 4, 359 שניות, ויעילות הדחף היא 67%ראוי לציין כי כאשר המדחפים מגיע הביצועים הטובים ביותר, לחץ הרקע הוא 0.2 פסקל. ביצועים נמדדים עשויים להיות גבוהים יותר מהערך בפועל בשל ההשפעה של לחץ גבוה.בודק עשוי טנטלום טונגסטן וזה מראה את ההתנגדות המבצעית. כוח הגז הוא 100 קילוואט עם דחף של 3, 050 מילניוטון, הדחף הספציפי של 4, 300 שניות, והיעילות של 67%

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Linear Momentum, Impulse and Collisions

SCIENTISTS IN ACTION

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

סינתזה של Nanoemulsions שלב של משמרות עם הפצות גודל צרות לאידוי Droplet אקוסטית ואבלציה בועה משופרת אולטראסאונד בתיווך

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

העברת פרוטון והחלבון Dynamics קונפורמציה בחלבונים רגישים לאור בזמן נפתר-Step-לסרוק פורייה-להפוך ספקטרוסקופית אינפרא אדום

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

מיקרוסקופית כוח האטומי של אורות אדומים קולטני אור שימוש במיפוי PeakForce כמותי nanomechanical נכס

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Dispersive אנרגיה טומוגרפיית רנטגן עבור מיפוי 3D היסודות של חלקיקים בודדים

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

איתור והשחזור של פלדיום, מתכות זהב וקובלט ממכרה העירונית באמצעות חיישנים / Adsorbents רומן יעודיים עם נקבוביות-בצורת גלגל עגלה ננומטריים

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

שיטות ניסיוניות מתקדמות לטמפרטורה נמוכה Magnetotransport מדידה של חומרים חדשים

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

חוסר יציבות הסיבוב המגנטי המושרית ריילי-טיילור

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...