Los propulsores Hall (HT) se utilizan en satélites en órbita terrestre, y también promete propulsar naves espaciales robóticas a largas distancias, como de la Tierra a Marte. El propulsor en un HT, generalmente xenón, es acelerado por un campo eléctrico que quita electrones de átomos de xenón neutros, creando un plasma. El plasma expulsado del extremo de escape del propulsor puede ofrecer grandes velocidades, típicamente alrededor de 70, 000 mph.

Los propulsores Hall de forma cilíndrica (CHT) se prestan a la miniaturización y tienen una menor relación superficie-volumen que evita la erosión del canal del propulsor. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Harbin en China han desarrollado un nuevo diseño de entrada para CHT que aumenta significativamente el empuje. Las simulaciones y pruebas experimentales del nuevo diseño se informan esta semana en la revista. Física de Plasmas .

Los CHT están diseñados para operaciones de baja potencia. Sin embargo, La baja densidad del flujo de propulsante puede causar una ionización inadecuada. un paso clave en la creación del plasma y la generación de empuje. En general, aumentar la densidad del gas en el canal de descarga mientras se reduce su velocidad axial, es decir., la velocidad perpendicular a la dirección de empuje, mejorará el rendimiento del propulsor.

"La forma más práctica de alterar la dinámica de flujo neutro en el canal de descarga es cambiando el método de inyección de gas o la morfología geométrica del canal de descarga, "dijo Liqiu Wei, uno de los autores principales del artículo.

Los investigadores probaron un simple cambio de diseño. El propulsor se inyecta en la cámara cilíndrica del propulsor mediante una serie de boquillas que generalmente apuntan directamente hacia adentro, hacia el centro del cilindro. Cuando el ángulo de las boquillas de entrada cambia ligeramente, el propulsor se envía en un movimiento circular rápido, creando un vórtice en el canal.

Wei y sus compañeros de trabajo simularon el movimiento del plasma en el canal para ambos ángulos de boquilla utilizando un software de modelado y análisis (COMSOL) que utiliza un enfoque de elementos finitos para modelar el flujo molecular. Los resultados mostraron que la densidad del gas cerca de la periferia del canal es mayor cuando las boquillas están inclinadas y el propulsor funciona en modo de vórtice. En este modo, la densidad del gas es significativamente mayor y más uniforme, lo que también ayuda a mejorar el rendimiento del propulsor.

Los investigadores verificaron experimentalmente las predicciones de su simulación, y el modo de entrada de vórtice produjo con éxito valores de empuje más altos, especialmente cuando se utilizó un voltaje de descarga bajo. En particular, el impulso específico del propulsor aumentó de 1,1 a 53,5 por ciento cuando el voltaje de descarga estaba en el rango de 100 a 200 voltios.

"El trabajo que informamos aquí solo verificó la viabilidad de este diseño de entrada de gas. Aún necesitamos estudiar el efecto del ángulo de la boquilla, diámetro, la relación entre la profundidad y el diámetro y la longitud del canal de descarga, ", Dijo Wei. Continuó prediciendo que el diseño del vórtice se probará pronto en HT de tipo vuelo y que eventualmente se utilizará en vuelos espaciales".