Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: торсионные маятники

Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: торсионные маятники

Автор: Вавилов И.С., Локотаев Д.В., Ячменев П.С., Федянин В.В., Жариков К.И., Степень П.В., Лукьянчик А.И.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации

Статья в выпуске: 2 т.17, 2024 года.

Бесплатный доступ

В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе торсионного маятника, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 23 уникальных конструкций стендов, разработанных различными научными группами. Данные стенды охватывают диапазон установившихся тяг от 10 нН до 4,5 Н и импульсов тяги в диапазоне от 1 мкН·с до 10 Н·с. Охвачен временной участок от 1971 до 2019 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Приведены данные по погрешностям измерения тяги стендами.

Торсионный маятник, оптический датчик, реактивная тяга, ионный двигатель, калибровка, lvds, ёмкостный датчик

Короткий адрес: https://sciup.org/146282847

IDR: 146282847

Список литературы Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: торсионные маятники

  • Yoshikawa T., Tsukizaki R., Kuninaka H. Calibration methods for the simultaneous measurement of the impulse, massloss, and average thrust or a pulsed plasma thruster, Review of Scientific Instruments, 2018, 89(9), 095103–1 – 095103–10
  • Jamison A. J., Ketsdever A. D., Muntz E. P. Gas dynamic calibration of a nano-Newton thrust stand, Review of Scientific Instruments, 2002, 73(10), 3629–3637
  • Koizumi H., Komurasaki K., Arakawa Y. Development of thrust stand for low impulse measurement from microthrusters, Review of Scientific Instruments, 2004, 75 (10), 3185–3190
  • Soni J., Roy S. Design and characterization of a nano-Newton resolution thrust stand, Review of Scientific Instruments, 2013, 84(9), 095103–1 – 095103–9
  • Gamero-Castano M. A torsional balance for the characterization of microNewton thrusters, Review of Scientific Instruments, 2003, 74(10), 4509–4514
  • Chuansheng Wang, Changbin Guan, Xuhui Liu, Xudong Wang, Fei Li, Xilong Yu. Dynamic-force extraction for micro-propulsion testing: Theory and experimental validation, Review of Scientific Instruments, 2018, 89(11), 115110–1 – 115110–8
  • Zhou W. J., Hong Y. J., Chang H. A micronewton thrust stand for average thrust measurement of pulsed microthruster, Review of Scientific Instruments, 2013, 84(12), 125115–1 – 125115–9
  • Ning Z. X., FAN J. R. On line measurement method of three-wire torsion pendulum micro thrust and analysis of its uncertainty, Measurement & Control Technology, 2012, 31 (5), 45–48
  • Yang J, Liu X.-C., Wang Y.-Q., Tang M.-J., Luo L.-T., Jin Y.-Z., Ning Z.-X. Thrust measurement of an independent microwave thruster propulsion device with three-wire torsion pendulum thrust measurement system, Journal of Propulsion Technology, 2016, 37(2), 362–371
  • Li D., Zhang W, Zhang T., Guo N., Meng W., Tang W., Tang F., Yang F. Ground integrated test and evaluation technology for space electric propulsion, Vacuum and Cryogenics, 2017, 23(5), 266–273
  • Ziemer J. Performance Measurements Using a Sub-Micronewton Resolution Thrust Stand, 27th International Electric Propulsion Conference, AIAA Paper, 2001, 0238
  • Merkowitz S. M., Maghami P. G., Sharma A., Willis W. D., Zakrzwski C. M. A μNewton thrust-stand for LISA, Classical and Quantum Gravity, 2002, 19(7), 1745–1750
  • Cubbin E. A., Ziemer J. K., Choueiri E., Jahn R. G. Pulsed thrust measurements using laser interferometry, Review of Scientific Instruments, 1997, 68(6), 2339–2346
  • Fowles G. R. Introduction to Modern Optics. Dover, New York: Courier Corporation, 1989. 328
  • Haag Thomas W. Thrust stand for pulsed plasma thrusters, Review of Scientific Instruments, 1997, 68(5), 2060–2067
  • Stark K. W., Dennis T., McHugh D. and Williams T. Design and development of a micropound extended range thrust stand (MERTS). NASA Technical Note D‑7029, August 1971
  • Dulligan M., Lake J., Adkison P. and Spanjers G. Resonant Operation of a MicroPropulsion Thrust Stand, American Institute of Aeronautics and Astronautics 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit – Indianapolis, Indiana, 2002, 3821–1 – 3821–9
  • Haag T. PPT Thrust Stand, Prepared for the 31st Joint Propulsion Conference and Exhibit cosponsored by AIAA, ASME, SAE, and ASEE San Diego, California, 1995, 1–12
  • Вавилов И. С., Ячменев П. С., Федянин В. В., Степень П. В., Лукьянчик А. И., Жариков К. И. Определение тяги ионного двигателя резонансным аэродинамическим методом (РАМ‑методом), Динамика систем, механизмов и машин, 2021, 9(2), 70–77 [Vavilov I. S., YAchmenev P.S., Fedyanin V. V., Stepen’ P.V., Luk’yanchik A.I., ZHarikov K. I. Determination of the thrust of an ion thruster by the resonant aerodynamic method (RAM‑method), Dynamics of systems, mechanisms and machines, 2021, 9(2), 70–77 (in Rus.)]
  • Boccaletto L., d’Agostino L. Design and Testing of a Micro-Newton Thrust Stand for FEEP, 36th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2000, 3268
  • Murakami H., Hirata M., Kudo I. Thrust movement of an ion engine system, Journal of Spacecraft and Rockets, 1984, 21(1), 96–100
  • Marhold K., Tajmar M. Micronewton thrust balance for indium FEEP thrusters, 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2005, 4387
  • Phipps C. R. et al. A Low‐Noise Thrust Stand for Microthrusters with 25nN Resolution, AIP Conference Proceedings. – American Institute of Physics, 2006, 830(1), 492–499
  • Yang Y.-X., Tu L.-C., Yang S.-Q., Luo J. A torsion balance for impulse and thrust measurements of micro-Newton thrusters, Review of Scientific Instruments, 2012, 83(1), 015105
  • Flores J., Ingle M., Robinson N., Choudhuri A. Development of a Torsional Thrust Balance for the the performance evaluation of 100mN‑5N class thrusters, 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2011, 6016
  • Anselmo M. R., Marques R. I. Torsional thrust balance for electric propulsion application with electrostatic calibration device, Measurement Science and Technology, 2019, 30(5), 055903
  • Грачев В. С., Салин В. Л., Шпанов И. Г., Шутов В. Н. Федеральное государственное унитарное предприятие «Исследовательский Центр имени М. В. Келдыша». Способ измерения боковой составляющей вектора тяги электрореактивного двигателя и устройство для его осуществления. Патент№ 2363932 C 1 РФ, МПКG01L 5/13. № 2008114547/28; заявл. 17.04.2008; опубл. 10.08.2009. [Grachev V. S., Salin V. L., Shpanov I. G., Shutov V. N. Federal'noe gosudarstvennoe unitarnoe predprijatie «Issledovatel'skij Tsentrimeni M. V. Keldysha». Method for measurement of lateral component of elecrojet engine thrust vector and device for its realization. Patent No. 2363932 C 1 of the Russian Federation, IPC G01L 5/13. No. 2008114547/28; application 17.04.2008; publ. 10.08.2009.(in Rus.)]
  • Tang H., Shi C., Zhang X., Zhang Z., Cheng J. Pulsed thrust measurements using electromagnetic calibration techniques, Review of Scientific Instruments, 2011, 82(3), 035118.
  • Kemp M. A., Kovaleski S. D. Thrust Measurements of the Ferroelectric Plasma Thruster, IEEE Transactions onPlasmaScience, 2008, 36(2), 356–362
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp