Consideraciones de vida útil para propulsores de electrospray
Autores: Thuppul, Anirudh; Wright, Peter L.; Collins, Adam L.; Ziemer, John K.; Wirz, Richard E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Consideraciones de vida útil para propulsores de electrospray
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Líquido iónico
Propulsores de electrospray
Relación empuje-potencia
Acumulación de propulsante
Rejilla de acelerador
Modelo de vida útil
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
Los propulsores de electrospray de líquidos iónicos son capaces de producir empuje de precisión en microNewtons con una alta relación empuje-potencia, pero aún no han demostrado vidas útiles adecuadas para la mayoría de las misiones. Se piensa que la acumulación de propelente en las rejillas de extractor y acelerador es el mecanismo limitante de vida más significativo. En este estudio, desarrollamos un modelo de vida para examinar los efectos de las características de diseño, las condiciones de operación y las propiedades de emisión en el tiempo de saturación de la rejilla de acelerador porosa de un propulsor que opera en modo de emisión de gotas. La caracterización de una variedad de geometrías y condiciones de operación reveló que modificar el radio de apertura de la rejilla y el espaciado de la rejilla en un 3-7% puede mejorar significativamente la vida útil del propulsor en un 200-400%, aunque se destacó la necesidad de una medición explícita del flujo másico. El análisis de tolerancia mostró que el desalineamiento puede resultar en una reducción de la vida útil del 20-50%. Además, examinar el impacto del retroceso de electrones mostró que aumentar el radio de apertura produce un aumento significativo en la corriente de retroceso en comparación con cambiar el espaciado de la rejilla. Un estudio de los voltajes de sesgo de la rejilla de acelerador reveló que aplicar un potencial de rejilla de acelerador razonablemente fuerte (del orden de un kV) puede minimizar la corriente de retroceso a niveles despreciables para una variedad de geometrías.
Descripción
Los propulsores de electrospray de líquidos iónicos son capaces de producir empuje de precisión en microNewtons con una alta relación empuje-potencia, pero aún no han demostrado vidas útiles adecuadas para la mayoría de las misiones. Se piensa que la acumulación de propelente en las rejillas de extractor y acelerador es el mecanismo limitante de vida más significativo. En este estudio, desarrollamos un modelo de vida para examinar los efectos de las características de diseño, las condiciones de operación y las propiedades de emisión en el tiempo de saturación de la rejilla de acelerador porosa de un propulsor que opera en modo de emisión de gotas. La caracterización de una variedad de geometrías y condiciones de operación reveló que modificar el radio de apertura de la rejilla y el espaciado de la rejilla en un 3-7% puede mejorar significativamente la vida útil del propulsor en un 200-400%, aunque se destacó la necesidad de una medición explícita del flujo másico. El análisis de tolerancia mostró que el desalineamiento puede resultar en una reducción de la vida útil del 20-50%. Además, examinar el impacto del retroceso de electrones mostró que aumentar el radio de apertura produce un aumento significativo en la corriente de retroceso en comparación con cambiar el espaciado de la rejilla. Un estudio de los voltajes de sesgo de la rejilla de acelerador reveló que aplicar un potencial de rejilla de acelerador razonablemente fuerte (del orden de un kV) puede minimizar la corriente de retroceso a niveles despreciables para una variedad de geometrías.