100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

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 קטודית^7,8 , 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 התצהיר^10,11. כמו אנודת מתבדרת מוחל, זה להקטין את הזווית בין אנודת קווי שדה מגנטי ולא להקטין אנודת כוח לעדות נוספת^12,13.

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 מוגבר^15,16,17.

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.