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

Эта работа была поддержана программа фундаментальных исследований (No. JCKY2017601C). Мы высоко ценим помощь Томас м. Йорк, почетным профессором в университете штата Огайо.

1. Подготовка для эксперимента
<ol><li>Установите толкатель.<ol>
<li>Удаление компонентов подруливающим устройством withnon пыль тканью, смоченной безводного спирта, в чистой комнате.</li>
		<li>Соберите анода с изолятором.</li>
		<li>Объединить катода, катод держателя и катод соединитель.</li>
		<li>Доб...

<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>

Этот протокол описывает процессы зажигания, операции и измерения тяги 100 кВт класс применяется поле MPD подруливающим устройством. Ключевым моментом в разработке МПД подруливающим устройством для оптимальной производительности является выбор правильной конфигурации согласно конкрет...

MPD подруливающие устройства хорошо известны для тяги относительно высокой плотности и высокий удельный импульс1,2,3. Однако, эффективность типичный тяги1 MPD подруливающие устройства является относительно низким, особенно с вытеснителей благородных газов4,5,6. Для большинства MPD подруливающих устройств часть потока топлива впрыскивается в зале разряда из щели между анодом и катодом7,8 , в результате, что радиальная составляющая значительную долю общего сброса. Однако для получения тяги, радиальные Кинетические эффекты должны быть преобразованы в осевой кинетический движение с физической сопла или магнитное сопло. Соответственно ключевой особенностью нового дизайна MPD толкатель является, что все топливо поставляется через катод, который может действовать, чтобы препятствовать радиальные разряда; Таким образом доля осевой энергии может быть увеличена. Существует дополнительный эффект в том, что параметр Hall в плазме вокруг анода может быть увеличен путем уменьшение плотности вокруг анода, которые могут укрепить компонент ускорение Холл9. Так как топлива находится недалеко от внутренней поверхности катода, где большое количество первоначальных электронов создаются в этом режиме инъекции, уровень топлива ионизации можно значительно возросло. Кроме того для уменьшения области смежные стены плазмы и уменьшения анодного питания осаждения10,11был свернут длины анода. Как применяется расходящихся анода, это будет уменьшить угол между анодом и силовых линий магнитного поля и снижение анодного питания осаждения еще12,13.
Несмотря на преимущества, отмечалось выше для повышения производительности полный пороховых поставка электронно впрыска может увеличить риск анод голода, которое может привести к «начала» явления14. Для подавления этого поведения, мы убирается обратно к основанию анода катода. Электроны затем можно достаточно диффундируют в радиальном направлении перед отъездом из анодного выхода, который будет действовать для облегчения анод голода. Кроме того принимается многоканальное полых катода; по сравнению с полого катода один канал, многоканальное полых катода могут увеличить площадь электрона выбросах и сделать более равномерное распределение топлива. С этой модификации как жизни, так и стабильности подруливающим устройством может быть более15,16,17.
Разработан мощность двигателя составляет 100 кВт и охлаждения структура необходима стационарное состояние операции. В настоящее время лабораторных экспериментов работает эффективная структура водяного охлаждения. Однако чтобы оценить производительность MPD подруливающим устройством дизайн, имеет решающее значение для получения тяги. С применением системы высокого давления воды для передачи тепла будет сильной вибрации во время работы такого охлаждения, которая может создать значительные помехи, если мы использовали традиционные тяги измерений. Соответственно целевая направленность стенд используется для измерения тяги.
MPD подруливающее устройство
Как показано на рисунке 1, подруливающим устройством MPD состоит из анод, катод и изолятор. Анод изготовлен из меди с цилиндрической расходящиеся насадки, минимальный внутренний диаметр которых составляет 60 мм. Есть канал охлаждения S-образный вокруг внутренней стенки анода. На входе и выходе из канала находятся на вершине анода, разделенные перегородкой. Тонкие медные блок используется для подключения анода и электрическим кабелем. Развязка находится на внешней поверхности анода.
Материала катода — тантала вольфрама, с девятью пороховых каналами. Наружный диаметр катода составляет 16 мм. Охлаждение катода достигается с держателем водяного вокруг базы катода. Существует кольцевой канал внутри держателя. Холодная вода вводится в держатель вытекает из верхней и нижней. Есть разъем полого катода на левой стороне катода. Топливо протекает через центр соединителя и в камеру полого катода; Существует большой полости внутри катод базы соединения с девяти узкая цилиндрическая каналов. Полость действует как буфер для повышения равномерности распределения топлива в девяти каналов. Катод подключен к Электрический кабель с кольцевой меди блок, который устанавливается вокруг разъема катода.
В дополнение к основной части толкатель внешней магнитной катушки необходимо также создавать поля для механизмов в АФ-MPD подруливающим устройством; магнитные поля предоставляют сходящихся и расходящихся магнитного поля для ускорения плазмы вместе с электрического поля. Обмотка состоит из 288 витков круглые медные трубы, которые действуют как проход для обоих электрического текущего и охлаждения воды. Внутренний диаметр катушки то 150 мм, наружный диаметр – 500 мм. Высокая прочность поля в центре — 0,25 Т с током 230 а.
Эксперимента системы
Эксперимента система включает в себя шесть подсистем. Принципиальная схема общий макет экспериментальной системы показан на рис. 2; на рисунке 3приведена схема подруливающим устройством внутри вакуумной камеры.
Во-первых вакуумная система, которая обеспечивает вакуум условия, необходимые для операции подруливающим устройством, состоит из одной вакуумной камеры, два механических насосов, один молекулярный насос и четыре криогенных насосов. Диаметр камеры составляет 3 м, а длина-5 м. Давление окружающей среды может быть сохранен под 0,01 Па, когда скорость потока (аргона) является не более чем 40 мг/сек.
Во-вторых этот источник система обеспечивает высокого напряжения пульс разжечь толкатель, обеспечивает подачу питания на толкатель для ускорения плазмы и обеспечивает питание для магнитного поля катушки для поддержания внешнего магнитного поля. Системы источник питания состоит из зажигания источник питания, источник питания подруливающее устройство, источник питания катушки и кабели. Источник питания зажигания может обеспечить 8 кв или напряжение разряда 15 кв. Источник питания подруливающее устройство обеспечивает постоянного тока до 1000 а. Источник питания катушка обеспечивает постоянного тока до 240 а.
В-третьих система подачи топлива каналы газового топлива для двигателей. Система включает в себя главным образом источник газа, контроллер массового потока скорость и газоснабжения трубопроводов.
Четвертый подпункт система является водяного охлаждения системы, которая обеспечивает прохладной воды высокого давления для обмена тепла подруливающим устройством, магнитные катушки и источников энергии. Как показано на рисунке 4, система состоит из группы насосов, бак для воды, Холодильник, контроллеры трубопроводов и насосов водоснабжения. -Проведение трубы внутри вакуумной камеры обеспечивают охлаждения воды терминал для подруливающего устройства и магнитной катушки и обеспечивает что электрической изоляции среди анод, катод и землю.
Приобретение и система управления можно записать сигналы измерения условий эксплуатации подруливающего устройства и управления эксплуатации других систем. Он состоит из трех компьютеров и соответствующего программного обеспечения, сбор данных карты и кабели.
Как показано на рисунке 5, стенд целевую направленность состоит из пластины целевой, тонкий луч, датчик перемещения, опорная рама, осевой подвижной платформы и радиальные подвижной платформы. Целевой объект может перехватывать плазмы, которая толкает цели. Перемещение объекта может быть измерен датчик помещают позади цели, таким образом позволяя оценки тяги18.

<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

Применяется поле magnetoplasmadynamic двигателей (AF-MPD подруливающие устройства), гибридные ускорителей в которых электромагнитные и динамических процессов газа ускорения плазмы высокой скорости; они имеют значительный потенциал для будущей космической с значительные преимущества высоким удельным импульсом и упорные плотности. В этой статье мы представляем серию протоколов для проектирования и изготовления 100 кВт класса AF-MPD подруливающим устройством с водяным охлаждением структур, 130 V максимальной разрядке напряжения, 800 A максимальный ток разряда и 0,25 Т максимальная прочность магнитного поля. Катод вольфрама полые тантал действует как только топлива входе подавляют радиальные разряда, и он позиционируется аксиально на задней части анода для того, чтобы облегчить голод анода. Цилиндрические расходящихся медь анода применяется снижение анодного питания осаждения, где длина был сокращен для уменьшения области смежные стены плазмы. Экспериментов используются вакуумные системы, которая может достичь рабочего вакуума 0,01 ПА для общего топлива массового потока скорость меньше, чем 40 мг/s и целевая направленность стенда. Подруливающее устройство испытания были проведены измерения влияния рабочих параметров, таких как расхода топлива, ток разряда и силе приложенного магнитного поля на производительность и предоставить соответствующий анализ. Подруливающее устройство может работать непрерывно на значительные периоды времени с небольшой эрозии на поверхности полого катода. Максимальная мощность двигателя составляет 100 кВт и производительность этой water-cooled сопоставимо с подруливающих устройств, о которых сообщалось в литературе.

В эксперименте мы контролируем ток разряда (Id), топлива массы потока rate(m) и применяется магнитное поле (Ba). В операции мы измерить значение напряжения разряда (ВД) и упорные (T), из которых базу, мы можем получить другие производительности параметры как мощность (P), удельны...

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

Целью настоящего Протокола является представить дизайн 100 кВт применяется поле класса magnetoplasmadynamic подруливающим устройством и соответствующие экспериментальные методы.

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 ...

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%

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

Синтез Фазовый наноэмульсии с узким распределением размера для акустической испарения капель и Bubble повышенной ультразвуковой аблации-опосредованной

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

Пламя Эксперименты на Advanced Источник света: новое понимание сажеобразования процессов

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

Протон Передача и конформации белка Динамика в светочувствительных белков с временным разрешением Шаг сканирования ИК-Фурье спектроскопии

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

Атомно-силовая микроскопия красных фонарей фоторецепторов Использование Mapping PeakForce Количественный Наномеханические недвижимости

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

Энергия рентгеновской томографии для 3D Elemental карт индивидуальных наночастицами

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

Обнаружение и восстановление палладия, золота и кобальта металлов из рудника городской использующие новые Датчики / адсорбенты Места с наноразмерных Wagon колеса в форме порах

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

Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

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

Магнитоиндуцированный Вращающийся Рэлея-Тейлора

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

Спарк Плазменный спекания аппарат, используемый для образования титаната стронция бикристаллов

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 ...