بررسی کاربرد روش مگنتوهیدرودینامیک در سیستم‌های تولید تراست

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجو/پژوهشگاه هوافضا

2 مربی پژوهشگاه هوافضا

3 عضو هیات علمی/پژوهشگاه هوافضا

چکیده

در طی سال‌های اخیر علم مگنتوهیدرودینامیک یا به اختصار MHD به عنوان شاخه‌ای نوین از علوم بین رشته‌ای، مورد توجه محققین صنایع مختلف از جمله صنعت هوافضا قرار گرفته است. از این رو دستگاه‌های مختلفی همچون سیستم‌های تولید تراست، مبتنی بر این علم و با تکیه بر نیروی الکترومغناطیس، طراحی و ساخته شده‌اند. اگرچه سیستم‌های تولید تراست MHD می‌توانند به عنوان پیشرانه‌ای مستقل عمل کنند، اما در بعضی موارد نیز به عنوان راه حلی برای افزایش کارایی پیشرانه‌های شیمیایی پیشنهاد می‌شوند. آنها معمولا در این موارد به نام شتاب‌دهنده MHD شناخته می‌شوند. این دسته از سیستم‌های تولید تراست علاوه بر ضربه ویژه مناسب، دارای بازه‌ مطلوبی از تراست نیز می‌باشند. در این مطالعه ابتدا مزیت این دسته از سیستم‌های تولید تراست بیان می‌شود. در ادامه روش‌های تولید پلاسما، که سیال عامل این سیستم‌ها می‌باشد، توضیح داده شده و همچنین اساس کار و نحوه تولید تراست در این سیستم‌ها بیان می‌شود. سپس انواع این سیستم‌ها دسته‌بندی و تمایز بین آنها توضیح داده شده است. در این مقاله دسته بندی کلی براساس استفاده و یا عدم استفاده از الکترود صورت گرفته است و سایر ویژگی‌ها از جمله ساختار و نوع میدان مغناطیسی ذیل این دسته بندی‌ معرفی شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hannes Alfven, February 01, 2017, www.britannica.com/biography/Hannes-Alfven

[2] Frans H. Ebersohn, Sharath S. Girimaji, and David Staack, MagneticNozzlePlasmaPlume: ReviewofCrucialPhysical Phenomena, 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit,USA, Atlanta, Georgia 30 July 01 August 2012

[3] Dhanireddy R. Reddy and Isaiah Blankson, Emerging Air-Breathing Propulsion Technologies, Encyclopedia of Aerospace Engineering, John Wiley & Sons, Ltd, Online © 2010, DOI: 10.1002/9780470686652.eae099

 [4] R. Balasubramanian, K. Anandhanarayanan, R. Krishnamurthy, Debasis Chakraborty, Magnetohydrodynamic Flow Control of a Hypersonic Cruise Vehicle Based on AJAX Concept,JOURNALOFSPACECRAFTANDROCKETS, Vol. 53, No. 4, July-August 2016

[5] Eric Berger, NASA’s longshot bet on a revolutionary rocket may be about to pay off, 2/22/2017, https://arstechnica.com/science/2017/02/nasas-longshotbet-on-a-revolutionary-rocket-may-be-about-to-pay-off

[6] Frans H. Ebersohn, Benjamin W. Longmiery, and J.P. Sheehan, Preliminary Magnetohydrodynamic Simulations of Magnetic Nozzles, 33rd International Electric Propulsion Conference, The George Washington University, Washington, D.C., USA ,October 6/10, 2013

 [7] J. T. Lineberry, J. N. Chapman, H. J. Schmidt, and C. W. Lineberry, Magnetohydrodynamic Augmented Propulsion Experiment: I. Performance Analysis and Design, 33rd AIAA Plasmadynamics & Lasers Conference, 14th International Conference on MHD Power Generation and High Temperature Technologies ,Maui, Hawaii ,20–23 May 2002

[8] B. Race Roberson, Ian Johnson, Effects of Magnetic Nozzles and a Downstream Antenna to the High Power Helicon Thruster, 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, UT, July 25-27, 2016

[9] magnetic force, Encyclopædia Britannica, inc., June 08, 2017, https://www.britannica.com/science/magnetic-force

[10] D. Marett, Explaining the Lorentz Force Using Magnetic Lines of Force-Maxwell’s Fluid-Mechanical Approach,2013, http://www.conspiracyoflight.com/Lorentz/Lorentzforce.html

[11] K. V. Brushlinskii, A. N. Kozlov, and V. S. Konovalov, Numerical Models of Steady State and Pulsating Flows of Self Ionizing Gas in Plasma Accelerator Channels, springer, Computational Mathematics and Mathematical Physics, Vol. 55, No. 8, pp. 1370–1380, 2015

 [12] Nobuomi Sakamoto, Junichi Kondo, Nobuhiro Harada, Computational Study of MHD Accelerator, 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, San Francisco, California,5 – 8 June 2006

[13] Yusuke SASAKI, Shinji TAKESHITA, Toru SASAKI, TakashiKIKUCHI,TsukasaASO,MakotoHARADA,Nob. HARADA, Numerical Analysis of Acceleration Obtained from Pulsed-Linear-MHD Accelerator Using Model Rocket Engine, The Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research, Volume 9,2014

 [14] Nob. Harada, A. Kubo, H. Ishizuka, T. Kikuchi ,T. Sasaki, Experiments for Pulsed MHD Accelerator driven by Model Rocket Engine, 41st Plasmadynamics and Lasers Conference, Chicago, Illinois, 28 June - 1July, 2010

[15] Yuichi Takai1, Sho Takayanagi, Tomohiro Tanaka1, Toru Sasaki,TakashiKikuchi,TsukasaAsoandNob.Harada,Experiments on Pulsed Linear MHD Accelerator, 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Grapevine (Dallas/Ft. Worth Region), Texas, 07 - 10 January, 2013

 [16] ShinjiTakeshita,NobuhiroHarada, TheEffectofMagnetic Nozzle for Disk Magnetohydrodynamics Accelerator, IEEE, Journal of International Council on Electrical Engineering Vol. 3, No. 1, pp.32 37, 2013

 [17] Shinji Takeshita, Chainarong Buttapeng, Nobuhiro Harada,ImprovementofDiskMHDAcceleratorwithNozzle and Diffuser, 39th Plasmadynamics and Lasers Conference, Seattle, Washington, 23 - 26 June 2008

[18] Vivek Subramaniam and Laxminarayan Raja, Fully Implicit Resistive Magnetohydrodynamic simulations of Coaxial Plasma, Accelerators 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Grapevine, Texas, 9 - 13 January ,2017

[19] Kenji Miyazaki, Syun Takenaka, kkoh Funaki, Hideyuki Horisawa, Experimental Study of a 1-MW-Class QuasiSteady-State Self-Field Magnetoplasmadynamic Thruster, The33rdInternationalElectricPropulsionConference, The George Washington University, USA October 6 – 10, 2013

 [20] M.Ahangar,R.Ebrahimi,andM.Shams,NumericalInvestigation of Plasma Behavior and Anode Sheath in a MagnetoplasmadynamicThruster, JOURNALOFPROPULSION AND POWER, March, Vol. 32, No. 2 : pp. 420-430,2016

[21] YuyaOshio,SatoshiTonooka,IkkohFunaki,ThrustPerformance and Cathode Temperature Evaluation of MW Class Quasi-Steady MPD Thruster, 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, UT, July 2527, 2016

 [22] Gherardo Romanelli, Andrea Mignone, Angelo Cervone, Pulsed fusion space propulsion: Computational MagnetoHydro Dynamics of a multicoil parabolic reaction chamber, Acta Astronautica ,29 July 2017, online published, DOI:10.1016/j.actaastro.2017.07.045

 [23] Heath Lorzel, Pavlos G. Mikellides, Three-Dimensional Modeling of Magnetic Nozzle Processes, AIAA JOURNAL,Vol. 48, No. 7, July 2010

[24] B. Race Roberson, Ian Johnson, Effects of Magnetic Nozzles and a Downstream Antenna to the High Power Helicon Thruster, 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Salt Lake City, UT, July 25-27, 2016

 [25] By Takahiro NAKAMURA, Hiroyuki NISHIDA, Shunjiro SHINOHARA, Ikkoh FUNAKI, Takao TANIKAWA TohruHADA,PreliminaryInvestigationofElectromagnetic Thrust Characteristics in Electrodeless Compact Helicon Plasma Thruster, Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol. 12, No. ists29, pp. Po_1_1-Po_1_6, 2014

 [26] T. E. Weber, J. T. Slough, and D. Kirtley, The electrodeless Lorentz force (ELF) thruster experimental facility,AIP Publishing , Volume 83, Issue 11 ,2012

[27] F. J. Wessel, N. Bolte, V. Kiyashko, M. Morehouse, T. Roche,andM.Slepchenkov,Pulsed-InductiveThruster,Fusion Engineering (SOFE), 2013 IEEE 25th Symposium on, San Francisco, CA, USA, 10-14 June 2013

[28] Pavlos G. Mikellides, Darcy L. Allison, Modeling of the Pulsed Inductive Thruster, (PIT) operating with Ammonia Propellant, Presented at the 29th International Electric Propulsion Conference, Princeton University,October 31 – November 4, 2005