مدل نیمه تجربی الکترومکانیکی برای رانشگرهای پلاسمای پالسی با استفاده از دو رهیافت مختلف و مقایسه با نتایج تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

موتورهای فضایی جهت مأموریتهایی نظیر تغییر ارتفاع، کنترل وضعیت، حفظ موقعیت، فرود آمدن و تغییر مدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دهه‌های اخیر استفاده از رانشگرهای پلاسمایی به عنوان سامانه پیشرانش فضایی مورد توجه قرار گرفته است که یکی از آنها رانشگر پلاسمای پالسی است. در این مقاله، یک مدل الکترومکانیکی نیمه‌تجربی برای الکترودهای صفحه تخت مستطیلی با استفاده از دو رهیافت مختلف
تکه‌ای و برف‌روبی توسعه داده شده است. با معادل سازی کل فرایند فیزیکی بصورت یک مدار الکتریکی یک بعدی و در مرحله بعد کوپل کردن آن با معادله نیرو و همچنین استفاده از برخی پارامترهای تجربی، یک مدل الکترومکانیکی به دست آمده است. نتایج به دست آمده از این مدل نیمه-تجربی با پارامترهای اساسی تجربی برای رانشگرهای پلاسمای پالسی بکار رفته در دو ماهواره مقایسه و ارزیابی شده است. با توجه به نتایج مثبت ارزیابی‌ها، با استفاده از این مدل نیمه تجربی می‌توان پارامترهای اساسی یک رانشگر پلاسمای پالسی مانند ضربه کل و سرعت خروج پلاسما را محاسبه کرده و برخی از پارامترهای هندسی و پارامترهای خازن این رانشگر را بهینه‌سازی و کنترل کرد. همچنین نتایج دو رهیافت تکه‌ای و برف-روبی برای این مدل نیز با نتایج تجربی مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها


[2] Keidar, M., & Boyd, I. D., “Optimisation issues for a mico-pulsed plasma thruster”, Journal of propulsion and power, Vol. 22, No. 1, pp. 48–55, 2006.
 [3] Rhodes, R., Keefer, D., & Thomas, H., “A numerical study of a pulsed plasma thruster”, 37th Joint propulsion conference, AIAA, Salt Lake City, Utah, 2001.
 [4] Laperriere, D. D., Gatsonis, N. A., & Demetriou, M. A., “Electromechanical modeling of applied field micro pulsed plasma thrusters”, 41st Joint propulsion conference, AIAA, Tucson, Arizona, 2005.
[5] Ziemer, J. K., & Choueiri, E. Y., “Scaling laws for electromagnetic pulsed plasma thrusters”, Plasma Sources Sci. Technol., Vol. 10, pp. 395-405, 2001.
[6] Solbes, A., & Vondra, R. J., “Performance study of a solid fuel-pulsed electric microthruster”, Journal of Spacecraft, Vol. 10, No. 6: 406–410, 1973. 
[7] Waelbroeck, F. L., Fitzpatrick, R., & Hazeltine, R. D., “Introduction to plasma physics: A graduate course University of Texas at Austin”, 2006.
[8] Solbes, A., Vondra, R. J., “Performance study of a solid fuel-pulsed electric microthruster”, Journal of Spacecraft, Vol. 10, No. 6: 406–410, 1973. 
[9] Michels, C. J., Heighway, J. E., & Johansen, A. E., “Analytical and experimental performance of capacitor powered coaxial plasma guns,” AIAA Journal, Vol. 4, No., 5, May, 1966.