Optimización de Diseño Multi-Objetivo de Alta Fidelidad de un Propulsor de Campo Cóncavo Reducido
Autores: Fahey, Thomas; Muffatti, Angus; Ogawa, Hideaki
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2017
Acceso abierto
Artículo científico
2017
Optimización de Diseño Multi-Objetivo de Alta Fidelidad de un Propulsor de Campo Cóncavo Reducido
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Propulsor de campo
Propulsor de efecto Hall
Propulsor iónico enrejado
Optimización de diseño
Parámetros de rendimiento
Corriente del ánodo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
El concepto de Thruster de Campo Cuspido (CFT) ha demostrado un rendimiento significativamente mejorado en comparación con el Thruster de Efecto Hall y el Thruster de Iones en Rejilla; sin embargo, se entiende poco sobre las complejidades de las interacciones e interdependencias de las propiedades geométricas, magnéticas y del haz de iones del thruster. Este estudio aplica una metodología de diseño avanzada que combina un cálculo de distribución de potencia modificado y algoritmos evolutivos asistidos por modelado sustituto a una optimización de diseño multiobjetivo para la optimización del rendimiento y caracterización del CFT. La optimización se realiza para maximizar el rendimiento definido por cinco parámetros de diseño (es decir, voltaje del ánodo, corriente del ánodo, tasa de flujo másico y radios de imán), buscando simultáneamente maximizar tres objetivos; es decir, empuje, eficiencia e impulso específico. Se emplean métodos estadísticos basados en análisis de sensibilidad global para evaluar los resultados de la optimización junto con modelos sustitutos para identificar factores clave de diseño con respecto a los tres objetivos de diseño y medidas de rendimiento adicionales. La investigación indica que la corriente del ánodo y el Radio del Imán Exterior tienen el mayor efecto en los parámetros de rendimiento. Se determina un valor óptimo para la corriente del ánodo y se observa una tendencia hacia la maximización del potencial del ánodo y la tasa de flujo másico.
Descripción
El concepto de Thruster de Campo Cuspido (CFT) ha demostrado un rendimiento significativamente mejorado en comparación con el Thruster de Efecto Hall y el Thruster de Iones en Rejilla; sin embargo, se entiende poco sobre las complejidades de las interacciones e interdependencias de las propiedades geométricas, magnéticas y del haz de iones del thruster. Este estudio aplica una metodología de diseño avanzada que combina un cálculo de distribución de potencia modificado y algoritmos evolutivos asistidos por modelado sustituto a una optimización de diseño multiobjetivo para la optimización del rendimiento y caracterización del CFT. La optimización se realiza para maximizar el rendimiento definido por cinco parámetros de diseño (es decir, voltaje del ánodo, corriente del ánodo, tasa de flujo másico y radios de imán), buscando simultáneamente maximizar tres objetivos; es decir, empuje, eficiencia e impulso específico. Se emplean métodos estadísticos basados en análisis de sensibilidad global para evaluar los resultados de la optimización junto con modelos sustitutos para identificar factores clave de diseño con respecto a los tres objetivos de diseño y medidas de rendimiento adicionales. La investigación indica que la corriente del ánodo y el Radio del Imán Exterior tienen el mayor efecto en los parámetros de rendimiento. Se determina un valor óptimo para la corriente del ánodo y se observa una tendencia hacia la maximización del potencial del ánodo y la tasa de flujo másico.