Двигатели Холла цилиндрической формы (CHT) поддаются миниатюризации и имеют меньшее отношение поверхности к объему, что предотвращает эрозию канала двигателя. Исследователи из Харбинского технологического института в Китае разработали новую конструкцию воздухозаборника для CHT, которая значительно увеличивает тягу. Моделирование и экспериментальные испытания новой конструкции опубликованы на этой неделе в журнале Physics of Plasmas, изданном AIP Publishing.CHT предназначены для работы с низким энергопотреблением.
Однако низкая плотность потока топлива может вызвать неадекватную ионизацию, ключевой шаг в создании плазмы и генерации тяги. В общем, увеличение плотности газа в канале разряда при одновременном снижении его осевой скорости, то есть скорости, перпендикулярной направлению тяги, улучшит характеристики двигателя малой тяги.«Наиболее практичный способ изменить динамику нейтрального потока в канале разряда — это изменить метод нагнетания газа или геометрическую морфологию канала разряда», — сказал Лицю Вэй, один из ведущих авторов статьи.
Исследователи проверили простое изменение конструкции. Топливо впрыскивается в цилиндрическую камеру двигателя малой тяги через ряд сопел, которые обычно направлены прямо к центру цилиндра. Когда угол впускных сопел немного изменяется, топливо отправляется в быстрое круговое движение, создавая вихрь в канале.Вэй и его коллеги смоделировали движение плазмы в канале для обоих углов сопла с помощью программного обеспечения для моделирования и анализа (COMSOL), которое использует метод конечных элементов для моделирования молекулярного потока.
Результаты показали, что плотность газа вблизи периферии канала выше, когда сопла наклонены и двигатель малой тяги работает в вихревом режиме. В этом режиме плотность газа значительно выше и равномернее, что также помогает улучшить характеристики двигателя.Исследователи проверили предсказания своего моделирования экспериментально, и вихревой входной режим успешно произвел более высокие значения тяги, особенно когда использовалось низкое напряжение разряда.
В частности, удельный импульс двигателя малой тяги увеличивался от 1,1 до 53,5 процента, когда напряжение разряда находилось в диапазоне от 100 до 200 вольт.«Работа, о которой мы здесь сообщаем, только подтвердила практическую осуществимость этой конструкции впускного отверстия для газа. Нам все еще необходимо изучить влияние угла сопла, диаметра, отношения глубины к диаметру и длины выпускного канала», — сказал Вэй.
Далее он предсказал, что конструкция вихря скоро будет испытана на летательных аппаратах HT и, возможно, в конечном итоге может быть использована в космических полетах.