Los propulsores Hall HT se utilizan en satélites en órbita terrestre, y también prometen propulsar naves espaciales robóticas a largas distancias, como desde la Tierra hasta Marte. El propulsor en un HT, generalmente xenón, es acelerado por un campo eléctrico que se despojaelectrones de átomos de xenón neutros, creando un plasma. El plasma expulsado desde el extremo de escape del propulsor puede entregar grandes velocidades, típicamente alrededor de 70,000 mph.
Los propulsores Hall de forma cilíndrica CHT se prestan a la miniaturización y tienen una relación superficie / volumen más pequeña que evita la erosión del canal del propulsor. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Harbin en China han desarrollado un nuevo diseño de entrada para CHT que significativamenteaumenta el empuje. Las simulaciones y las pruebas experimentales del nuevo diseño se informan esta semana en la revista Física de plasma , por AIP Publishing.
Los CHT están diseñados para operaciones de baja potencia. Sin embargo, la baja densidad de flujo del propulsor puede causar una ionización inadecuada, un paso clave en la creación del plasma y la generación de empuje. En general, aumentar la densidad del gas en el canal de descarga mientras se bajasu velocidad axial, es decir, la velocidad perpendicular a la dirección de empuje, mejorará el rendimiento del propulsor.
"La forma más práctica de alterar la dinámica del flujo neutro en el canal de descarga es cambiando el método de inyección de gas o la morfología geométrica del canal de descarga", dijo Liqiu Wei, uno de los autores principales del artículo.
Los investigadores probaron un cambio de diseño simple. El propulsor se inyecta en la cámara cilíndrica del propulsor mediante una serie de boquillas que generalmente apuntan directamente hacia el centro del cilindro. Cuando el ángulo de las boquillas de entrada cambia ligeramente,el propelente se envía en un movimiento circular rápido, creando un vórtice en el canal.
Wei y sus compañeros de trabajo simularon el movimiento del plasma en el canal para ambos ángulos de la boquilla utilizando un software de modelado y análisis COMSOL que utiliza un enfoque de elementos finitos para modelar el flujo molecular. Los resultados mostraron que la densidad del gas cerca de la periferia de lael canal es más alto cuando las boquillas están inclinadas y el propulsor funciona en modo vórtice. En este modo, la densidad del gas es significativamente mayor y más uniforme, lo que también ayuda a mejorar el rendimiento del propulsor.
Los investigadores verificaron las predicciones de su simulación experimentalmente, y el modo de entrada de vórtice produjo con éxito valores de empuje más altos, especialmente cuando se usó un voltaje de descarga bajo. En particular, el impulso específico del propulsor aumentó de 1.1 a 53.5 por ciento cuando el voltaje de descarga fueen el rango de 100 a 200 voltios
"El trabajo que informamos aquí solo verificó la viabilidad de este diseño de entrada de gas. Todavía necesitamos estudiar el efecto del ángulo de la boquilla, el diámetro, la relación de profundidad a diámetro y la longitud del canal de descarga", dijo Wei.pasó a predecir que el diseño de vórtice se probará pronto en HT de tipo de vuelo y eventualmente puede usarse en vuelos espaciales.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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