100 KW 클래스 적용 필드 Magnetoplasmadynamic 로켓

Summary

이 프로토콜의 목표는 100의 디자인을 소개 하는 원 클래스 적용 필드 magnetoplasmadynamic 로켓 및 관련 실험 방법.

Abstract

적용 필드 magnetoplasmadynamic 로켓 (AF-MPD 자세)는 전자기 있는 하이브리드 가속기 및 가스 동적 프로세스 가속 플라즈마 고속; 그들은 높은 비 추력의 중요 한 장점으로 미래 공간 응용 프로그램에 대 한 상당한 잠재력 있고 밀도 추력. 이 종이에 선물이 디자인 하 고 제조 구조, 130 V 최대 방전 전압, 800 A 최대 방전 전류, 및 0.25 T 최대 자기장의 강도 수냉식으로 AF MPD 자세 제어 분사기의 100 kw 급 클래스에 대 한 프로토콜의 시리즈. 빈 탄탈 텅스텐 음극 역할만 분사 입구 방사형 방전을 억제 하 고 그것은 축방향 양극의 뒤쪽에 양극 기아 구호 하기 위하여. 원통형 분기 구리 양극 양극 전력 증 착, 길이 벽-플라즈마 연결 지역 감소 감소 되었습니다 감소 채택 된다. 진공을 활용 하는 실험 0.01의 작업 진공을 얻을 수 있는 시스템 총 발사 화약 질량 유량에 대 한 Pa 40 mg 보다 낮은 속도/s 및 대상 추력 스탠드. 로켓 테스트 성능에 분사 유량, 방전 전류, 적용 된 자기장의 강도와 같은 작업 매개 변수의 효과 측정 하 고 적절 한 분석 실행 되었다. 자세 제어 분사기 빈 음극 표면에 작은 침식 상당한 기간 동안 지속적으로 동작할 수 있습니다. 자세 제어 분사기의 최대 힘은 100 kw 급, 그리고이 물의 구성의 성능 비교 문학에서 보고 하는 로켓의은.

Introduction

MPD 자세는 상대적으로 높은 추력 밀도 높은 비 추력^1,2,3에 대 한 잘 알려져 있습니다. 그러나, MPD 로켓의 전형적인 돌격 효율¹ 은 노블 가스^4,,56의 발사 화약, 특히 상대적으로 낮다. 대부분 MPD 자세에 대 한 분사 흐름의 일부는 양극과 음극^7,8 , 방사형 구성 요소는 전체 출력의 상당 비율을 차지 하는 결과 함께 사이 틈새에서 방전 챔버에 주입 됩니다. 그러나, 돌격을 생성 하기 위해 방사형 운동 효과 물리적 노즐 또는 마그네틱 노즐 축 운동 모션으로 변환 해야 합니다. 따라서, 새로운 디자인 MPD 자세 제어 분사기의 주요 기능은 모든 발사 화약; 방사형 방전을 억제 하는 역할을 수 있는 음극을 통해 제공 되는 이 방법에서는, 축 에너지의 비율을 늘릴 수 있습니다. 거기는 추가 효과 양극 주변 플라즈마에서 홀 매개 변수⁹홀 가속 구성 요소 강화 수 있는 양극 주위 수 밀도의 감소에 의해 증가 될 수 있다. 이후 발사 화약 음극의 내부 표면에 가까운 초기 전자의 주입이이 모드에 방출 된다, 분사 이온화 율을 크게 늘릴 수 있습니다. 또한, 양극 길이 벽-플라즈마 연결 지역 고 양극 전력 증 착^10,11을 줄이기 위해 최소화 되어 있다. 분기 양극 적용으로 양극과 자기장 라인 사이의 각도 감소와 양극 전력 증 착 더^12,13감소 됩니다.

성능 향상을 위해 위에서 언급 된 장점에도 불구 하 고 음극 주입 완료 분사 공급 “증상” 현상¹⁴귀 착될 수 있는 양극 기아의 위험을 높일 수 있습니다. 이 문제를 억제 하기 위해 우리 음극 양극의 기지에 다시 철회 했습니다. 전자 수 있습니다 다음 양극 기아를 완화 하는 역할을 것 이다 양극 출구를 떠나기 전에 레이디얼 방향으로 충분히 무마 된다. 또한, 멀티 채널 빈 음극 채택 된다; 단일 채널 빈 음극에 비해, 멀티 채널 빈 음극 전자 방출 영역을 증가 수 그리고 발사 화약의 분포 보다 균일 하 게. 이 수정, 수명 및 자세 제어 분사기의 안정성 증가^15,,1617일 수 있다.

자세 제어 분사기의 설계 능력은 100 kw 급 및 냉각 구조는 안정 상태 작업 필요. 현재 실험실 실험에서 효율적인 냉각 구조는 채택 된다. 그러나, MPD 자세 제어 분사기 디자인의 성능을 평가 하는 추진력을 얻기 위해 긴요 하다. 열 전달에 고압 물 시스템의 응용 프로그램, 우리가 전통적인 추력 측정을 사용 하는 경우 상당한 방해를 만들 수 있는 이러한 냉각 작업 중 강한 진동이 있을 것입니다. 따라서, 추력 대상 서 추력을 측정 하기 위해 채택 된다.

MPD 자세 제어 분사기

그림 1에서 보듯이, MPD 자세 제어 분사기는 양극, 음극 및 절연체의 구성 되어 있습니다. 양극의 최소 내경 60 m m는 원통형 분기 노즐, 구리의 이루어집니다. S 자 모양의 냉각 채널 양극의 안 벽이 있다. 입구와 출구는 채널의는 한 배플으로 구분 되는 양극, 상단입니다. 양극 및 전기 케이블을 연결 하는 가느다란 구리 블록 채택 된다. 교차점은 양극의 외부 표면에.

음극 재료 9 분사로 탄탈 텅스텐입니다. 음극의 외경 16 m m 이다. 음극의 냉각 수냉 홀더 음극 기지 주변으로 이루어집니다. 홀더 내부 고리 모양의 채널이입니다. 냉 수는 아래와 위 로부터 밖으로 흐름에서 홀더에 주입 됩니다. 빈 음극 커넥터는 음극의 왼쪽에 있다. 빈 음극 챔버;로 커넥터의 센터를 통해 분사 흐름 큰 구멍 9 좁은 원통형 채널 연결 음극 기지 안에 있다. 캐비티 9 채널에서 분사 분포의 균일성을 높이기 위해 버퍼 역할을 합니다. 음극 음극 커넥터 주위에 설치 된 고리 모양의 구리 블록 전기 케이블에 연결 된다.

자세 제어 분사기 본체 이외에 외부 자석 코일은 또한 AF MPD 자세 제어 분사기;에 메커니즘에 대 한 필드를 생성 하는 데 필요한 자기장 전기장 함께 플라즈마를 가속 화 하기 위해 집중 분기 자기장을 제공 합니다. 288 회전 원형 구리 파이프, 모두 전기 전류와 냉각 물 통로 역할의 필드 코일에 의하여 이루어져 있다. 외부 직경은 500 m m 코일 내경 150 m m 이다. 중앙에는 높은 강도 0.25 T 230 a.의 전류

실험 시스템

실험 시스템 6 하위 시스템을 포함합니다. 실험 시스템의 전체 레이아웃의 회로도 그림 2;에 표시 됩니다. 진공 챔버 내부 로켓의 레이아웃은 그림 3에 표시 됩니다.

첫째, 자세 제어기 작업에 필요한 진공 환경 제공, 진공 시스템 한 진공 챔버, 두 기계 펌프, 분자 펌프, 4 극저온 펌프의 구성 되어 있습니다. 챔버의 직경 3 m 이며 길이 5 m. 0.01에서 환경 압력을 유지할 수 있다 Pa (아르곤) 발사 화약의 흐름 속도 더 이상 40 mg/s 때.

둘째,이 소스 시스템 점화 자세 제어 분사기, 고전압 펄스 플라즈마, 가속에 로켓에 대 한 파워를 제공 한다와 외부 자기장을 유지 하기 위해 자기장 코일 전원을 제공 합니다 제공 합니다. 점화 전원 공급 장치, 자세 제어기 전원, 코일 전원 및 케이블 전원 시스템에 의하여 이루어져 있다. 점화 전원 8 제공할 수 kV 또는 15 kV 방전 전압. 로켓 전원 제공 최대 1000 a. 직류 코일 전원 제공 직류 최대 240 a.

셋째, 발사 화약 공급 시스템 로켓에 대 한 가스 발사 화약을 피드. 시스템은 주로 가스 소스를 포함, 질량 흐름 속도 컨트롤러와 가스 공급 파이프라인.

4 하위 시스템은 제공 하는 멋진 고압 물 분사기, 마그네틱 코일 및 전원의 열 교환 하는 냉각 시스템. 그림 4에서처럼 시스템 이루어져 있다 펌프, 물 탱크, 냉장고, 물 공급 파이프라인, 펌프 컨트롤러. 비 전도성 파이프 진공 챔버 내부 마그네틱 코일, 고 자세 제어 분사기에 대 한 냉각 물 터미널을 제공 하 고 양극, 음극, 그리고 지상 중 그 전기 절연을 보장.

수집 및 제어 시스템 로켓 작업 조건 및 다른 시스템의 제어 동작을 측정 하는 신호를 기록할 수 있습니다. 그것은 3 개의 컴퓨터와 해당 소프트웨어, 데이터 수집 카드와 케이블의 구성 됩니다.

그림 5에서 보듯이 추력 대상 서 판 대상, 슬림 빔, 변위 센서, 지원 프레임, 축 이동 플랫폼 및 방사형 이동식 플랫폼의 구성 되어 있습니다. 대상 목표를 못 살게 굴지 플라즈마를 가로챌 수 있습니다. 추력¹⁸평가 활성화 이렇게에서 대상 뒤에 배치 하는 센서에 의해 대상의 변위를 측정할 수 있습니다.

Protocol

1입니다. 실험을 위한 준비 자세 제어 분사기를 설치 합니다. 클린 룸에서 무수 알코올로 흠뻑 로켓 withnon 먼지 옷감의 구성 요소를 닦아냅니다. 절연체와 양극을 조립. 음극 음극 홀더, 음극 커넥터 함께 가져. 양극 부분에 음극 부분을 추가 합니다. 조립에 중간 커넥터를 설치 하 고 나사 (육각 소켓 헤드 나사, M5 × 16) 수정. 지게차는 실…

Representative Results

실험에서 우리가 제어 방전 전류 (Id), 발사 화약 질량 rate(m) 흐름과 자기장 (Ba)를 적용. 작업에서 우리는 출력 전압 (Vd)의 값을 측정 하 고 추력 (T)에서 어떤 자료 우리가 얻을 수 있는 다른 성능 매개 변수 파워 (P), 비 추력 (Isp)와 같은 추력 효율 (η)1. 출력 전압의 전형적인 신호는 그림 6?…

Discussion

이 프로토콜의 점화, 운영 및 100 kW 적용 클래스 필드 MPD 로켓의 추력 측정 프로세스를 설명합니다. 최적의 성능을 위해 MPD 자세 제어기 설계 핵심은 특정 목적에 따라 적절 한 구성을 선택 하 고 있다. MPD 자세 집중 분기 양극으로 대형 작업 범위에 정상 작동할 수 있습니다. 그러나, 성능 분기 양극으로 로켓 보다 낮은 수 있습니다. 빈 음극, 특히 멀티 채널 빈 음극, 대부분 측면에서 전통적인 막대 …

Materials

Cryogenic Pumps	Brooks Automation		Pumping speed: 10000L/s
Displacement Sensor	Panasonic	HG-C1030	Repetition precision: 10μm Linearity: ±0.1% F.S.
Mass Flow Rate Controller	Brooks Automation		Range: 0-120mg/s
Molecular Pump	Oerlikon		Pumping speed: 2100L/s
Moveable Plantform	Beijing Weina Guangke Automation equipment Co., Ltd.		Range:0-2000mm
Plsatic Water Pipes	Xingye Xingye fluoroplastics (Jiaxing) Co., Ltd.		Ultimate pressure: 4.5MPa
Propellant Argon	Beijing Huanyu Hinghui Gas Technology Co., Ltd.		Purity:99.999%
Refrigerator	Beijing Jiuzhou Tongcheng Technology Co., Ltd.		Refrigeration power:45kW
Water Pumps	Liaocheng vanguard Motor Co., Ltd.; Shanghai people pump industry group Manufacturing Co., Ltd.; Nanfang Pump Limited company		Maximum Output pressure: Centrifugal pump:1MPa Plunger pump:10MPa