Os propulsores Hall (HTs) são usados ​​em satélites em órbita terrestre, e também mostram a promessa de impulsionar espaçonaves robóticas a longas distâncias, como da Terra a Marte. O propelente em um HT, geralmente xenon, é acelerado por um campo elétrico que retira elétrons de átomos de xenônio neutros, criando um plasma. O plasma ejetado da extremidade do escapamento do propulsor pode entregar grandes velocidades, normalmente em torno de 70, 000 mph.

Os propulsores Hall de formato cilíndrico (CHTs) se prestam à miniaturização e têm uma relação superfície-volume menor que evita a erosão do canal do propulsor. Os investigadores do Instituto de Tecnologia de Harbin na China desenvolveram um novo projeto de entrada para CHTs que aumenta significativamente o empuxo. Simulações e testes experimentais do novo design são relatados esta semana no jornal Física dos Plasmas .

Os CHTs são projetados para operações de baixo consumo de energia. Contudo, baixa densidade de fluxo de propelente pode causar ionização inadequada, uma etapa fundamental na criação do plasma e na geração de impulso. Em geral, aumentando a densidade do gás no canal de descarga enquanto diminui sua velocidade axial, ou seja, a velocidade perpendicular à direção de impulso, melhorará o desempenho do propulsor.

"A maneira mais prática de alterar a dinâmica do fluxo neutro no canal de descarga é mudando o método de injeção de gás ou a morfologia geométrica do canal de descarga, "disse Liqiu Wei, um dos principais autores do artigo.

Os investigadores testaram uma mudança de design simples. O propelente é injetado na câmara cilíndrica do propulsor por uma série de bicos que geralmente apontam diretamente para dentro, em direção ao centro do cilindro. Quando o ângulo dos bicos de entrada é alterado ligeiramente, o propelente é enviado em um movimento circular rápido, criando um vórtice no canal.

Wei e seus colegas de trabalho simularam o movimento do plasma no canal para ambos os ângulos do bocal usando um software de modelagem e análise (COMSOL) que usa uma abordagem de elemento finito para modelar o fluxo molecular. Os resultados mostraram que a densidade do gás próximo à periferia do canal é maior quando os bicos são inclinados e o propulsor é executado no modo vórtice. Neste modo, a densidade do gás é significativamente maior e mais uniforme, o que também ajuda a melhorar o desempenho do propulsor.

Os investigadores verificaram as previsões de sua simulação experimentalmente, e o modo de entrada de vórtice produziu com sucesso valores de empuxo mais altos, especialmente quando uma baixa tensão de descarga foi usada. Em particular, o impulso específico do propulsor aumentou de 1,1 a 53,5 por cento quando a tensão de descarga estava na faixa de 100 a 200 Volts.

“O trabalho que relatamos aqui apenas verificou a praticabilidade desse projeto de entrada de gás. Ainda precisamos estudar o efeito do ângulo do bico, diâmetro, a relação entre a profundidade e o diâmetro e o comprimento do canal de descarga, "Wei disse. Ele previu que o projeto do vórtice será testado em HTs de tipo de vôo em breve e pode, eventualmente, ser usado em voos espaciais.