Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: качельные стенды и упругие мишени

Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: качельные стенды и упругие мишени

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: 4 т.17, 2024 года.

Бесплатный доступ

В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе качели и упругой мишени, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 7 уникальных конструкций стендов качельного типа и 16 конструкций аэродинамических стендов на основе упругой мишени. Представленные качельные стенды охватывают диапазон установившихся тяг от 50 мкН до 1500 мкН и импульсов тяги в диапазоне от 1 мкН·с до 150 мН·с. Стенды на основе упругих мишеней охватывают диапазон установившихся тяг от 3 мкН до 1 Н. Охвачен временной участок с 1972 до 2023 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Представлены данные по погрешностям измерения тяги стендами.

Еще

Качельный стенд, мишень, диск, мембрана, оптический датчик, реактивная тяга, ионный двигатель, калибровка, ёмкостный датчик, интерферометр

Короткий адрес: https://sciup.org/146282884

IDR: 146282884

Список литературы Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: качельные стенды и упругие мишени

  • 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.
  • Bailey A. G., Bracher J. E., Helmke H. G., Von Rohden H. J. A Test Facility for Electric Microthrusters, Rev Sci Instrum 1 March, 1972, 43(3), 420–424.
  • Ketsdever A. D., D’Souza B. C. & Lee R. H. Thrust Stand Micromass Balance for the Direct Measurement of Specific Impulse, Journal of Propulsion and Power, 2008, 24(6), 1376–1381.
  • Selden N. P., Ketsdever A. D. Comparison of force balance calibration techniques for the nano-Newton range, Review of Scientific Instruments, 2003, 74(12), 5249–5254.
  • Lilly T. C., Ketsdever A., Pancotti A. P. & Young M. (2009). Development of a Specific Impulse Balance for Capillary Discharge Pulsed Plasma Thrusters. Journal of Propulsion and Power, 25(3), 823–826.
  • Lilly T., Pancotti A., Ketsdever A., Young M., Duncan J. Lilly T. C. et al. Development of a specific impulse balance for capillary discharge pulsed plasma thrusters, Journal of Propulsion and Power, 2009, 25(3), 823–826.
  • Сакович Г. В., Жарков А. С., Литвинов А. В., Певченко Б. В., Жаринов В. Б., Калимуллов Р. Г., Аксененко Д. Д., Нестеров Г. Н. Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр «Алтай». Способ определения тяги реактивного двигателя и устройство для его осуществления. Патент № 2395065 C 1 РФ, МПК G01L 5/13, № 2009115379/28, заявл. 22.04.2009, опубл. 20.07.2010. [Sakovich G. V., Zharkov A. S., Litvinov A. V., Pevchenko B. V., Zharinov V. B., Kalimullov R. G., Aksenenko D. D., Nesterov G. N. Federal`noe gosudarstvennoe unitarnoe predpriyatie Federal`ny`j nauchno-proizvodstvenny`j centr «Altaj». A method for determining the thrust of a jet engine and a device for its implementation. Patent No. 2395065 C 1 of the Russian Federation, IPC G01L 5/13, № 2009115379/28; application 22.04.2009; publ. 20.07.2010. (in Rus.)]
  • Пиюков С. А., Дубов А. В., Котовщиков В. А., Березницкая Л. А. Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева». Способ определения тяги микродвигателя и устройство для его осуществления. Патент № 2334963 C 2 РФ, МПК G01L 5/13, G01M 15/00, № 2004126932/28, заявл. 07.09.2004, опубл. 27.09.2008. [Piyukov S. A., Dubov A. V., Kotovshhikov V. A., Berezniczkaya L. A. Federal`noe gosudarstvennoe unitarnoe predpriyatie «Gosudarstvenny`j kosmicheskij nauchno-proizvodstvenny`j centr imeni M. V. Xrunicheva». A method for determining the thrust of a micro-motor and a device for its implementation. Patent No. 2334963 C 2 of the Russian Federation, G01L 5/13, G01M 15/00, № 2004126932/28; application 07.09.2004; publ. 27.09.2008. (in Rus.)]
  • Simon D., Land B., Emhoff J. Experimental evaluation of a micro liquid pulsed plasma thruster concept, 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2006, 4330.
  • Emhoff J., Simon D., Land B. Progress in thrust measurements from micro pulsed plasma discharges, 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2007, 5299.
  • Gessini P., Gabriel S., Fearn D. Hollow cathode thrust measurement using a target: system development and calibration, 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2002, 4104.
  • Gessini P., Gabriel S., Fearn D. A study of the thrust generated by a T6 hollow cathode, 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2006, 5265.
  • Chavers, D. G., & Chang-Díaz, F. R. Momentum flux measuring instrument for neutral and charged particle flows, Review of Scientific Instruments, 2002, 73(10), 3500–3507.
  • Chavers, D. G., Chang-Diaz, F. R., Irvine, C., Squire, J. P. Momentum and Heat Flux Measurements Using an Impact Target in Flowing Plasma, Journal of Propulsion and Power, 2006, 22(3), 637–644.
  • Nedzelskiy I. S., Silva C., Fernandes H., Duarte P., Varandas C. A. F. Compact cantilever force probe for plasma pressure measurements, Review of Scientific Instruments, 2007, 78(12), 23505.
  • Longmier B. W., Reid B. M., Gallimore A. D., Chang-Diaz F. R., Squire J. P., Glover T. W., Bering E. A. Validating a Plasma Momentum Flux Sensor to an Inverted Pendulum Thrust Stand, Journal of Propulsion and Power, 2009, 25(3), 746–752.
  • Wu C. K., Wang H. X., Meng X., Chen X. & Pan W. X. Aerodynamics of indirect thrust measurement by the impulse method, Acta Mechanica Sinica, 2011, 27(2), 152–163.
  • Chakraborty S., Courtney D. G., & Shea H. A 10 nN resolution thrust-stand for micro-propulsion devices, Review of Scientific Instruments, 2015, 86(11), 115109.
  • Spethmann A., Trottenberg T., Kersten H. Measurement and simulation of forces generated when a surface is sputtered, Physics of Plasmas, 2017, 24(9), 093501
  • Biersack J. P., Haggmark L. G. A Monte Carlo computer program for the transport of energetic ions in amorphous targets, Nuclear Instruments and Methods, 1980, 174(1–2), 257–269.
  • Eckstein W., Biersack J. Sputtering investigations with the Monte Carlo program TRIM SP, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 1984, 2(1–3), 550–554.
  • Biersack J. P., Eckstein W. Sputtering studies with the Monte Carlo Program TRIM.SP, Applied Physics A Solids and Surfaces, 1984, 34(2), 73–94.
  • Möller W., Eckstein W., & Biersack J. P. Tridyn-binary collision simulation of atomic collisions and dynamic composition changes in solids, Computer Physics Communications, 1988, 51(3), 355–368.
  • Trottenberg T., Spethmann A., Rutscher J., Kersten H. Non-electrostatic diagnostics for ion beams and sputter effects, Plasma Physics and Controlled Fusion, 2012, 54(12), 124005.
  • Trottenberg T., Spethmann A., Kersten H. An interferometric force probe for beam diagnostics and the study of sputtering, EPJ Techniques and Instrumentation, 2018, 5(1), 1–17.
  • 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).
  • Воронов А. С., Троицкий А. А., Казиев А. В., Колодко Д. В., Харьков М. М., Тумаркин А. В., Стародубов А. И., Колесников В. А. Закрытое акционерное общество «СуперОкс». Измеритель реактивной тяги электрического ракетного двигателя. Патент № 2730775 C 1 РФ, МПК F02K 9/96, G01M 15/14Ю, № 2019139077, заявл. 02.12.2019, опубл. 25.08.2020. [Voronov A. S., Troiczkij A. A., Kaziev A. V., Kolodko D. V., Xar`kov M. M., Tumarkin A. V., Starodubov A. I., Kolesnikov V. A. Zakry`toe akcionernoe obshhestvo «SuperOks». A jet thrust meter for an electric rocket engine.Patent No. 2730775 C 1 of the Russian Federation, IPC F02K 9/96, G01M 15/14, № 2019139077; application 02.12.2019; publ. 25.08.2020. (in Rus.)]
  • М. Н. Казеев, В. Ф. Козлов. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Способ и устройство измерения параметров потока плазмы электрических ракетных двигателей. Патент № 2796815 C 1 РФ, МПК F02K 9/96, G01M 15/14, № 2022114722, заявл. 01.06.2022, опубл. 29.05.2023. [M. N. Kazeev, V. F. Kozlov. Federal`noe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie “Nacional`ny`j issledovatel`skij centr “Kurchatovskij institut”. A method and device for measuring plasma flow parameters of electric rocket engines. Patent No. 2796815 C 1 of the Russian Federation, IPC F02K 9/96, G01M 15/14, № 2022114722; application 01.06.2022; publ. 29.05.2023. (in Rus.)]
  • Белоконов И. В., Ивлиев А. В., Ключник В. Н., Кумарин А. А., Гимранов З. И., & Кяримов Р. Р. Электротермическая двигательная установка наноспутника, Космическая техника и технологии, 2022, 4 (39), 45–57. [Belokonov I. V., Ivliev A. V., Klyuchnik V. N., Kumarin A. A., Gimranov Z. I., Kyarimov R. R. Electrothermal propulsion system for a nanosatellite, Kosmicheskaya texnika i texnologii, 2022, 4 (39), 45–57. (in Rus.)]
  • Paxson D., Wilson J., & Dougherty K. Unsteady Ejector Performance: An Experimental Investigation Using a Pulsejet Driver, 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2002, 3915.
  • Jiao L., Cai J., Ma H. H., Li G. X., Li L., Shen Z. W., Tang Z. P. Research on applications of rectangular beam in micro laser propulsion, Applied surface science, 2014, 301, 481–487.
  • Glemb R. D., Krier Kh. Method for calculating laser plasma in axisymmetric gas flow, Aerokosmicheskaya tekhnika, 1987, 6, 133–139.
  • Zheng Z. Y., Gao H., Gao L., Xing J., Fan Z. J., Dong A. G., Zhang Z. L. Laser plasma propulsion generation in nanosecond pulse laser interaction with polyimide film, Applied Physics A, 2014, 115(4), 1439–1443.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp