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新的推进器设计提高了未来太空飞行的效率

通过phys.org.|2017年8月16日

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霍尔推进器(HTS)用于地球轨道卫星,并显示承诺推动机器人航天器长距离,例如从地球到火星。HT,通常氙的推进剂被从中性氙原子从中性氙原子带来电子的电场加速,产生等离子体。从推进器的排气端喷射的等离子体可以提供极大的速度,通常为约70,000英里/小时。

圆柱形的霍尔推进器(CHT)赋予缩小化,具有较小的表面到体积比,以防止侵蚀推进器通道。中国哈尔滨工业大学的研究人员为CHTs开发了一种新的进气道设计,可以显著增加推力。本周的杂志上报道了新设计的模拟和实验测试质量等离子体.

CHT设计用于低功耗操作。然而,低推进剂的流动密度会导致电离不足,电离是血浆产生的关键步骤和推力的产生。一般来说,增加了气密在里面释放通道降低其轴向速度,即垂直于推力方向的速度,将提高推进器的性能。

该论文的主要作者之一魏立秋(Liqiu Wei,音译)表示:“改变放电通道中性流动动力学的最实用方法是改变气体注入方法或放电通道的几何形态。”

研究人员测试了一个简单的设计变化。推进剂由一些通常指向圆柱体中心的喷嘴注入到推进器的圆柱形腔室中。当进气喷嘴的角度稍有改变时,推进剂就会进行快速的圆周运动,在通道中产生涡流。

Wei和他的同事使用建模和分析软件(COMSOL)模拟了两个喷嘴角度下的等离子体在通道中的运动,COMSOL使用有限元方法模拟分子流动。结果表明,在喷嘴倾斜和推力器处于涡旋模式时,通道周围的气体密度较高。在这种模式下,气体密度明显更高、更均匀,这也有助于提高推进器的性能。

研究人员通过实验验证了他们的模拟预测,涡旋进口模式成功地产生了更高的推力值,特别是当使用低放电电压时。特别是当放电电压在100 ~ 200volts范围内时,推力器的比冲增加了1.1 ~ 53.5%。

“我们在此报告的工作仅验证了这种进气口的实用性。我们仍然需要研究喷嘴角度,直径,深度比与直径的比率和放电的长度的影响通道”,魏表示。他接着预测,旋涡设计不久将在飞行型高温超导飞机上进行测试,并可能最终用于太空飞行。


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