В експерименті ми контролюємо струм розряду (Id), палива маси потоку rate (m) і застосовується магнітне поле (Ba). В операції ми виміряти значення напруги розряду (ВД) і наполегливі (T), з яких базу, ми можемо отримати інші продуктивності параметри як потужність (P), питома імпульс (Isp) і тяги ефективності (η) 1.
Типовий сигнал напруги розряду показано на малюнку 6. Після ініціювання джерела живлення буде напруга холостого ходу між анодом і катодом, значення якої є близько 230 V. Ця напруга холостого ходу не є достатньо високим, щоб зламати нейтральних газів-витискувачів в залі розряду; нам потрібно застосувати розрядки напруги високої частоти розпалити штовхач. Після запалювання напруга буде зменшуватись швидко; Потім напруга тенденції з постійним значенням після періоду коливань.
Результат вимірювання типовий тяги показано на малюнку 7. Ми починаємо запис сигналу спрямованість стенду до початку поставок палива, яка розглядається як точка нуль тяги. Там буде слабкою тяги після початку поставок палива. Після запалювання підрулюючим пристроєм буде великий сигнал з коливаннями, після чого тяги тенденції в постійне значення. Потім звертаємо штовхач. Там буде нуль дрейф через теплової деформації мети; помилка, викликана цей ефект буде не більше ніж на 1%.
Малюнок 8 показує вплив струму розряду, прикладеного поля і метальних масової витрати на тяги для дугового потужність до 25 кВт. Ми вибираємо: Id = 200 A, Ba = 100 тонн, ṁ = 40 мг / s, як умова основні операції; серія експериментів проводяться для порівняння з базових даних. Тільки одна операція параметр буде змінений в кожному експерименті контраст: струм розряду може варіюватися від 160 A до 360 A; прикладеного поля сила може варіюватися від 34 mT до 258 тонн; масової витрати палива може варіюватися від 20 мг / с до 80 мг / с. Для зручності порівняння ми нормалізувати ці три операції параметри, як показано в нижній осі на малюнку 8. Коли параметри нормалізовані операції 1.0, це означає, що операція умови такі ж, як основний. Поряд з нижньої осі є три більше x-axes на верхній частині, які відповідають вихідні значення трьох параметрів, відповідно.
На малюнку 9 показано характеристики розряду під час півгодинної безперервної роботи. Можна побачити, що штовхач тенденції стійкого стану швидко після запалювання, і напруга є стабільним протягом цього періоду.
Малюнок 10 представляє фотографії тантал вольфраму катода до і після випробування. Загальне середовище виконання тестів був 10 h, включаючи один півгодини безперервної роботи і короткий час тестування для більш ніж 90 починається. Можна побачити, що ерозія є легким і розподілених рівномірно на зовнішній поверхні катода. Згідно з цим результату штовхач має потенціал для роботи протягом тривалого часу.
Після випробувань безперервної роботи ми досліджували продуктивність двигуна в діапазоні потужності від 50-100 кВт. Тяга була виміряна за стенд цільову спрямованість і вимірювання, які результати показані на малюнку 11. Краще виконання виходить в 99,5 кВт, де тяги 3052 mN, питома імпульс-4359 s і тяги ефективність становить 67%. Крім того було розраховано значення теоретичної спрямованості, як рівняння 1 (12 Mikellides), для порівняння зі значеннями вимірів тяги; Найбільша різниця між ними був 11,6%.
(1)
(-Катод радіус співвідношення довжини електрода; R - радіус співвідношення електрода; A це атомна вага в одиниця атомної маси і 
це іонізації фактор12.)
Ефект оптимізації підрулюючий пристрій
Результуючі значення тяги у відповідь на зміни параметрів системи показаний на малюнку 8, де можна побачити, що вплив масової витрати палива на спрямованість схожий на що з прикладеного поля. Як газу динамічне ускореніе19 чутливий до ṁ, можна зробити висновок, що динамічне прискорення компонент газу посилюється в нашому підрулюючим пристроєм. Крім того скидання поточних і прикладної області впливає на електромагнітного прискорення в декількох різних механізмів і їх вплив має бути очевідним1. У наших експериментах тяга значно чутливіші до збільшення ток в порівнянні з прикладеного поля, як показано на малюнку 8. Одним з аспектів такої поведінки може бути пов'язано зміцнення газ динамічні ефекти від підвищення осьової струм внаслідок конкретних поставок палива режим розряду через катод. Крім того як показано на малюнку 11, підрулюючим пристроєм MPD досягає найвищої ефективності тяги 67%, що можна порівняти з чудовою ефективності підрулюючих пристроїв MPD з палива лужних металлов20. Таким чином наслідки зміни конструкції розглядаються значно поліпшити продуктивність MPD підрулюючим пристроєм.
Крім того незважаючи на той факт, що існує не анод регіону палива харчування, наші підрулюючим пристроєм мав стабільну роботу в розряд струму 800 A і палива харчування швидкість 70 мг / с. Для порівняння підрулюючим пристроєм MPD SX321 з частковою поставки палива від анода, досягли початку режиму на струм розряду 500 A і частота палива харчування 60 мг / s. заснований на стабільність MPD підрулюючим пристроєм з критичне значення2 / ṁ 22, справжній підрулюючим пристроєм перевершує злегка SX3.
Помилки вимірювання тяги цільової
З виміром цільову спрямованість це необхідно, щоб уникнути завищення тяги на висока продуктивність операції. Тут ми припускаємо, що зіткнення між об'єктом і важкі частинки в плазмі цілком еластичними. Таким чином в половині вимірювання тяги сприймається як істинний сенс. Крім того в потоці палива до мети, ми припускаємо, що плазма повністю обмежується магнітного поля. Ми вибрали лінії магнітного поля, які проходять через зовнішній діапазон анода як межа магнітної насадкою. Припускаючи, що частинки плазми розподілені рівномірно в насадку, як показано на малюнку 12, ми можемо отримати спектр плазми на площині цільового об'єкта, яка є 704 мм в діаметрі. Потім зв'язок між вимірюваної тяги і нездоланну тягу може бути виражено як:
(2)
де F - це виміряний тяги цільового об'єкта і Т нездоланну тягу.
Крім того через поведінку бар'єру цільового об'єкта, паливних частинок може витікати назад в розвантаження камери. Припускаючи, що всі частинки звільняються від центру мішені, як показано на малюнку 13, і що дистрибутивів зворотного потоку частинок підкорятися косинус закон23, то частка частинок, повторний може бути оцінений з 3 екв. Якщо зворотного потоку частинок розподілити рівномірно у всіх напрямках простору, частка буде виражатися рівняння 4. Варіації пропорції з пристроєм, що підрулює цільової відстань z, під двома розподілу припущень, перераховані на малюнку 14. У вимірі тяги підрулюючим пристроєм цільової відстань було 550 мм; Таким чином частка частинок, багаторазовий транспортний космічний корабель був розрахований бути не більше 0,3%.
Фон тиску також може вплинути на продуктивність вимірювання тяги. Коли штовхач досягає максимальної продуктивності, фон тиск в системі може підтримуватися на 0,2 Па з масової витрати 70 мг / с. Однак виміряної тяги може бути вище, ніж фактичне значення внаслідок впливу цієї високої фонової давленіе20,24,25 ,. Щоб усунути це можливий вплив слід збільшити швидкість насоса вакуумної системи, і це планується оновлення.
Мета складається з Електрична провідного матеріалу, і вона ізольована від землі під час вимірювання тяги. Однак є відтік поточних в шлейф, який може взаємодіяти з цільовою і впливати на поведінку для MPD підрулюючим пристроєм ізмеренія15. Це може бути фактором, що впливає на масштаби тяги ефективності і заслуговує подальшого розгляду.
(3)
(4)
Малюнок 1. Схематична діаграма AF-MPD підрулюючий пристрій
Основний корпус MPD підрулюючий пристрій включає в себе анода (мідь), катод (тантал вольфраму), ізолятор (нітрид бору), катод власника (мідь) і катод роз'єм (мідь). Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 2. Принципова схема експерименту системи
Сині лінії в системі водяного охолодження: холодною водою під високим тиском; червоні лінії в системі водяного охолодження: підігрів води. Зелені лінії в системі придбання і управління: сигнали параметрів операції; коричневий колір лінії в придбання і система управління: сигнали управління інструкцій. Блакитний лінії в вихідної системі харчування: дроти підключення до анода підрулюючим пристроєм і магнітної котушки; Червона лінія в вихідної системі харчування: дроти підключення до катода підрулюючим пристроєм і магнітної котушки. Синій трапеції в середині: промінь штовхач. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 3. Макет експеримент всередині вакуумної камери
Штовхач розташовується всередині магнітного поля котушки. Котушка - за цільову спрямованість стоять; Таким чином пристроєм, що підрулює думку порушується цільової від кут зору на малюнку. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 4. Системи водяного охолодження
() Насоси групу, резервуар для води і холодильник (розміщений за межами лабораторії). (B) високого тиску металу труб поставки охолодження води (поза вакуумної камери). (C) суглобів і ізоляційні труби охолодження водою для електродів і магнітної котушки (всередині вакуумної камери). (D) насоси контролери встановити швидкість потоку водяних насосів. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 5. Цільовий метод тяги стенд
Центральна лінія штовхач і цілі збігаються один з одним. Осьове положення цільового об'єкту може бути скоригована з рухомою платформою. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 6. Типовий розряд напругою для підрулює пристрою
Пробою струм 240 A, прикладеного поля 258 mT, метальних масової витрати 40 мг / s. будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 7. Типовий тяги вимірювання сигналу
Пробою струм 240 A, прикладеного поля 258 mT, метальних масової витрати 40 мг / s. будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 8. Вплив розряду струму, прикладної області та масової витрати палива на тяги, з дугою потужність до 25 кВт. Абсциссе внизу представляє параметри нормалізовані операції, включаючи:
ID (струм розряду), Ba (прикладної магнітного поля) і ṁ (метальних масової витрати) з Id = 200 A, Ba = 100 тонн, ṁ = 40 мг / s, обраний в якості умови основні операції, відповідний значенням 1 на абсциссе нижньої . Абсциси на верхній частині відповідають вихідні значення трьох параметрів. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 9. Безперервної роботи поточного і напруги дуги потужності 36 кВт
Три суцільні лінії є вихідні сигнали для розрядки напруги, потужності поточні та розрахункові дуги розряду, відповідно. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 10. Початковий катода зовнішній вигляд і катода після операції для всього 10 годин.
У лівій частині цифра показує зображення тантал вольфраму полого катода перед проходженням розряду; в правій частині показує катода після 10 години під розряду. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 11. Продуктивність двигуна в діапазоні потужності від 50-100 кВт
Окуляри з зірки символи є значеннями тяги, що обчислюється формула тягі12. Інші символи є значеннями тяги, виміряна з підставкою цільову спрямованість. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 12. Схематичні розміру цільового показника в порівнянні з геометрії магнітного поля
Пунктирні лінії позначають магнітного поля через зовнішній діапазон анода. Магнітне поле всередині пунктирною лінії може сформувати струнку магнітне сопло в просторі. Діаметр сопла-704 мм на цільової літак, який становить 550 мм від штовхач в експерименті. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 13. Схема задньої потоку частинок динаміки
Випромінювані стрілки від мети представляють відскік частинок від центру мішені. Тут ми припускаємо, що всі частинки відскік від центральної точки цільового об'єкта. Це припущення буде переоцінити розрахунок частки повторний частинок. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.
Малюнок 14. Відсоток від зворотного потоку палива в розряд камеру
Рядок з символами квадратів представляє частку повторний частинок, грунтується на припущенні, що зворотного потоку частинок підкорятися косинус розподілу. Рядок з символами алмаз являє, що від рівномірного розподілу. Абсциссе це відстань між метою і анодного виходу. Будь ласка, натисніть тут, щоб подивитися велику версію цієї фігури.