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

Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: вертикальные 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: 3 т.17, 2024 года.

Бесплатный доступ

В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе вертикального маятника, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 22 уникальные конструкции стендов, разработанных различными научными группами. Представленные стенды охватывают диапазон установившихся тяг от 1 нН до 5 Н и импульсов тяги в диапазоне от 200 мкН·с до 800 мкН·с. Охвачен временной участок от 1991 до 2022 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Приведены данные по погрешностям измерения тяги стендами.

Вертикальный маятник, перевёрнутый маятник, оптический датчик, реактивная тяга, ионный двигатель, калибровка, lvds, ёмкостный датчик, интерферометр

Короткий адрес: https://sciup.org/146282876

IDR: 146282876

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

  • Taunay P. Y. C. R., Bilén S. G., Micci M. M. Numerical simulations of a miniature microwave ion thruster, 33rd Int. Elect. Propuls. Conf, 2013, 1–18.
  • Koizumi H., Kuninaka H. Switching Operation of Ion Beam Extraction and Electron Emission Using the Miniature Ion Thruster μ1, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, 2010, 8(27), 85–90.
  • Koizumi H., Kuninaka H. Performance evaluation of a miniature ion thruster μ1 with a unipolar and bipolar operation, Proc. 32nd Int. Elect. Propuls. Conf, 2011, 1–10.
  • 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.
  • Packan D., Bonnet J., Rocca S. Thrust measurements with the ONERA micronewton balance, Proceedings of the 30th International Electric Propulsion Conference, 2007, 102–108.
  • Xu H. et al. A compound pendulum for thrust measurement of micro-Newton thruster, Review of Scientific Instruments, 2022, 93(6).
  • Kakami A., Muto T., Yano Y. & Tachibana T. A method for evaluating the thrust of a space propulsion device with wide range time variations using a disturbance observer, Review of Scientific Instruments, 2015, 86(11).
  • Scharmann S., Keil K., Zorn J., Dietz P., Nauschütt B., Holste K. & Simon J. Thrust measurement of an ion thruster by a force probe approach and comparison to a thrust balance, AIP Advances, 2022, 12(4).
  • Polzin K. A., Markusic T. E., Stanojev B. J., Dehoyos A. & Spaun B. Thrust stand for electric propulsion performance evaluation, Review of Scientific Instruments, 2006, 77(10).
  • Markusic T., Jones J., Cox M. Thrust stand for electric propulsion performance evaluation, 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2004, 3441.
  • Stephen R. J., Rajanna K., Dhar V., Kumar K. K. & Nagabushanam S. Strain gauge based thrust measurement system for a stationary plasma thruster, Measurement Science and Technology, 2001, 12(9), 1568.
  • Timoshenko S. P. & Gere J. M. Theory of Elastic Stability 2nd edn, New York: McGraw-Hill, 1961, 63.
  • Haag T. W. Thrust stand for high‐power electric propulsion, Review of Scientific Instruments, 1991, 62(5), 1186–1191.
  • Pollard J., Welle R. Thrust vector measurements with the T5 ion engine, 31st Joint Propulsion Conference and Exhibi, 1995, 2829.
  • Sasoh A., Arakawa Y. A high‐resolution thrust stand for ground tests of low‐thrust space propulsion devices, Review of Scientific instruments, 1993, 64(3), 719–723.
  • Hey, F. G., Keller, A., Braxmaier, C., Tajmar, M., Johann, U., & Weise, D. Development of a highly precise micronewton thrust balance, IEEE Transactions on Plasma Science, 2014, 43(1), 234–239.
  • Wang A., Wu H., Tang H., Liu Y. & Liang X. Development and testing of a new thrust stand for micro-thrust measurement in vacuum conditions, Vacuum, 2013, 91, 35–40.
  • Bertinetto F., Bisi M., Cordiale P., Canuto E., Rolino A. & Cesare S. (n.d.). Thrust measurement at micronewton level, Conference Digest Conference on Precision Electromagnetic Measurements. – IEEE, 2002, 518–519.
  • Canuto E., Rolino A. Digital control of an interferometric balance for micro-thrust measurement, PROCEEDINGS OF THE AMERICAN CONTROL CONFERENCE, 2003, 2, 1110–1115.
  • Cesare S., Musso F., D’Angelo F., Castorina G., Bisi M., Cordiale P. & Frigot P. E. Nanobalance: the European balance for micro-propulsion, 31st International Electric Propulsion Conference, 2009, 0182.
  • Xu K. G., Walker M. L. R. High-power, null-type, inverted pendulum thrust stand, Review of Scientific Instruments, 2009, 80(5).
  • Rocca S., Menon C., Nicolini D. FEEP micro-thrust balance characterization and testing, Measurement Science and Technology, 2006, 17(4), 711–718.
  • Nicolini D., Chesta E., Hughes E. B. & Oldfield S. (2001). FEEP‑5 Thrust Validation in the 10–100μN Range with a Simple Nulled-Pendulum Thrust Stand: Integration Procedures.
  • Nagao N., Yokota S., Komurasaki K. & Arakawa Y. Development of a Dual Pendulum Thrust Stand for Hall Thrusters, 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2007, 5298.
  • Nagao N., Yokota S., Komurasaki K. & Arakawa Y. Development of a two-dimensional dual pendulum thrust stand for Hall thrusters, Review of Scientific Instruments, 2007, 78(11).
  • Kodys A., Murray R., Cassady L. & Choueiri E. An inverted-pendulum thrust stand for high-power electric thrusters, 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2006, 4821.
  • Frollani D., Coletti M., Gabriel S. B. A thrust balance for low power hollow cathode thrusters, Measurement Science and Technology, 2014, 25(6), 065902.
  • Гончаров, П. С., Шуневич, Н. А., Копейка, А. Л., Бабин, А. М. Система измерения силы тяги электрического ракетного двигателя, Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2021, (10), 573–577.[Goncharov P. S., Shunevich N. A., Kopeyka A. L., Babin A. M. The system for measuring the thrust force of electric rocket engines, Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 2021, (10), 573–577. (in Rus.)]
  • Орлов С. А., Ромашко А. В., Никипелов А.В Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М. Ф. Решетнёва». Способ измерения силы тяги реактивного двигателя и Стенд для его осуществления. Патент № 2363932 C 1 РФ, МПК G01M 15/14, G01L 5/00, № 2001117354/28; заявл. 20.06.2001; опубл. 20.01.2004.[Orlov S. A., Romashko A. V., Nikipelov A.V Federal'noe gosudarstvennoe unitarnoe predpriyatie «Nauchno-proizvodstvennoe ob»edinenie prikladnoj mekhaniki im. akad. M. F. Reshetnyova”. A method for measuring the thrust force of a jet engine and a stand for its implementation. Patent No. 2363932 of the Russian Federation, IPC G01M 15/14, G01L 5/00, № 2001117354/28; application 20.06.2001; publ. 20.01.2004.[(in Rus.)]
  • Lewis D. H., Janson S. W., Cohen R. B., Antonsson E. K. Digital micropropulsion. Sensors and Actuators A: Physical, 2000, 80(2), 143–154.
  • Kokal U. & Celik M. Development of a mili-Newton level thrust stand for thrust measurements of electric propulsion systems, 2017 8th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), 2017, 31–37.
  • Pottinger S., Lappas V., Charles C. & Boswell R. Performance characterization of a helicon double layer thruster using direct thrust measurements, Journal of Physics D: Applied Physics, 2011, 44(23), 235201.
  • Takahashi K., Lafleur T., Charles C., Alexander P., Boswell R. W., Perren M., Lamprou D. Direct thrust measurement of a permanent magnet helicon double layer thruster, Applied Physics Letters, 2011, 98(14), 141503.
  • Diamant K. D., Pollard J. E., Crofton M. W., Patterson M. J., & Soulas G. C. Thrust Stand Characterization of the NASA Evolutionary Xenon Thruster, Journal of Propulsion and Power, 2011, 27(4), 777–785.
  • Edamitsu T., Tahara H. Experimental and numerical study of an electrothermal pulsed plasma thruster for small satellites, Vacuum, 2006, 80(11–12), 1223–1228.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp