Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Luis Francisco Chrispim Marin
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09
Resumo: Um propulsor a plasma pulsado (PPT) é um dispositivo de propulsão espacial elétrica utilizado principalmente na manutenção de órbita e controle de atitude de veículos espaciais. Um dos problemas mais comuns com PPTs é a ablação tardia (LTA - Late Time Ablation), ou seja, a sublimação de propelente que ocorre após a descarga elétrica principal, reduzindo a eficiência no uso do propelente. O PPT de dupla descarga (DD-PPT) apresenta dois estágios distintos: o primeiro funciona como um PPT convencional (de uma única descarga) e o segundo usa uma descarga elétrica adicional para acelerar o plasma e a LTA. Este trabalho estudou um DD-PPT e analisou parâmetros de desempenho, ao variar os níveis de energia aplicados a cada um de seus dois estágios a fim de identificar a configuração de melhor desempenho. Um laboratório foi montado para permitir os ensaios do propulsor. O DD-PPT teve o seu cicuito elétrico modificado de forma a proteger os seus componentes. Um novo circuito elétrico foi concebido para permitir uma distribuição arbitrária de energia entre os dois estágios do DD-PPT. Uma estrutura especial foi construída para suportar e proteger o propulsor. Foram calculados os gradientes de indutância dos eletrodos do propulsor. Ensaios com diversas configurações energéticas foram realizados (1096 disparos) em câmara de vácuo (8x$10^{-6}$ mbar) com o uso de bobinas Rogowski (sondas de corrente) conectadas aos eletrodos do propulsor. Um osciloscópio fez a aquisição dos dados de corrente. Os impulsos foram calculados baseado nos gradientes de indutância e em dados da análise da corrente de descarga. Uma balança de precisão foi utilizada para a medição da variação da massa de propelente. O impulso específico foi calculado usando a variação de massa e o impulso. Os resultados dos ensaios mostraram baixos valores de impulso por energia (47,4 $\mu$Ns) do DD-PPT, mas um excelente desempenho em termos de impulso específico (3606 s). A escolha da melhor configuração, em termos de desempenho, foi a que apresentou um valor baixo de energia no primeiro estágio e um valor alto de energia no segundo estágio.
id INPE_e7021dfae7b78c823768b5cc05b470dd
oai_identifier_str oai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09.33-0
network_acronym_str INPE
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisAnálise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágiosPerformance analysis of a double discharge pulsed plasma thruster by varying the energy distribution amongst its two stages2014-12-19Rodrigo Intini MarquesGilberto Marrega SandonatoRodrigo Sávio PessoaLuis Francisco Chrispim MarinInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e PropulsãoINPEBRPPTpropulsor a plasma pulsadoDD-PPTpropulsor a plasma pulsado de dupla descargapropulsão elétricapulsed plasma thrusterdouble discharge pulsed plasma thrusterelectric propulsionUm propulsor a plasma pulsado (PPT) é um dispositivo de propulsão espacial elétrica utilizado principalmente na manutenção de órbita e controle de atitude de veículos espaciais. Um dos problemas mais comuns com PPTs é a ablação tardia (LTA - Late Time Ablation), ou seja, a sublimação de propelente que ocorre após a descarga elétrica principal, reduzindo a eficiência no uso do propelente. O PPT de dupla descarga (DD-PPT) apresenta dois estágios distintos: o primeiro funciona como um PPT convencional (de uma única descarga) e o segundo usa uma descarga elétrica adicional para acelerar o plasma e a LTA. Este trabalho estudou um DD-PPT e analisou parâmetros de desempenho, ao variar os níveis de energia aplicados a cada um de seus dois estágios a fim de identificar a configuração de melhor desempenho. Um laboratório foi montado para permitir os ensaios do propulsor. O DD-PPT teve o seu cicuito elétrico modificado de forma a proteger os seus componentes. Um novo circuito elétrico foi concebido para permitir uma distribuição arbitrária de energia entre os dois estágios do DD-PPT. Uma estrutura especial foi construída para suportar e proteger o propulsor. Foram calculados os gradientes de indutância dos eletrodos do propulsor. Ensaios com diversas configurações energéticas foram realizados (1096 disparos) em câmara de vácuo (8x$10^{-6}$ mbar) com o uso de bobinas Rogowski (sondas de corrente) conectadas aos eletrodos do propulsor. Um osciloscópio fez a aquisição dos dados de corrente. Os impulsos foram calculados baseado nos gradientes de indutância e em dados da análise da corrente de descarga. Uma balança de precisão foi utilizada para a medição da variação da massa de propelente. O impulso específico foi calculado usando a variação de massa e o impulso. Os resultados dos ensaios mostraram baixos valores de impulso por energia (47,4 $\mu$Ns) do DD-PPT, mas um excelente desempenho em termos de impulso específico (3606 s). A escolha da melhor configuração, em termos de desempenho, foi a que apresentou um valor baixo de energia no primeiro estágio e um valor alto de energia no segundo estágio.A Pulsed Plasma Thruster (PPT) is an electric space propulsion device mostly used for spacecraft orbit maintenance and attitude control. One of the most common issues with PPTs is the Late Time Ablation (LTA) - the sublimation of propellant that occurs after the main electric discharge, reducing propellant use efficiency. The Double Discharge PPT (DD-PPT) has two stages: the first stage works as a regular PPT and the second stage employs an additional (secondary) discharge to accelerate the PLASMA and the LTA. This work studied a DD-PPT and analyzed its efficiency and performance while varying the levels of energy applied to each of the two stages in order to achieve maximum performance. A laboratory was built to allow propulsion tests. The DD-PPT electric circuit was remodeled to protect its components. A new electric circuit was designed to enable energy levels distribution amongst the two stages of the DD-PPT. A special structure was built to support, protect and control the thruster. Inductance gradients were calculated. Tests were performed (1096 shots) in vacuum (8x$10^{-6}$ mbar), for each different energy configuration using Rogowski coils (probe current) connected to the thruster´s electrodes. An oscilloscope acquired the discharge current data. The impulse bits were measured using the inductances gradients calculated and with the analysis of the discharge current. A precision scale was used for measuring the propellant mass variation. Specific impulses were calculated using the mass variation and impulse bit. Results showed a DD-PPT with relative low performance with respect to impulse bit (47.4 $\mu$Ns) but very good performance with respect to specific impulse (3606 s). The energy distribution configuration that used less energy in the primary stage and a higher energy in the secondary stage was elected as the best one.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:54:42Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09.33-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:54:42.864Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false
dc.title.pt.fl_str_mv Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
dc.title.alternative.en.fl_str_mv Performance analysis of a double discharge pulsed plasma thruster by varying the energy distribution amongst its two stages
title Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
spellingShingle Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
Luis Francisco Chrispim Marin
title_short Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
title_full Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
title_fullStr Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
title_full_unstemmed Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
title_sort Análise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de dupla descarga através da variação da distribuição de energia entre os seus dois estágios
author Luis Francisco Chrispim Marin
author_facet Luis Francisco Chrispim Marin
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Rodrigo Intini Marques
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Gilberto Marrega Sandonato
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Rodrigo Sávio Pessoa
dc.contributor.author.fl_str_mv Luis Francisco Chrispim Marin
contributor_str_mv Rodrigo Intini Marques
Gilberto Marrega Sandonato
Rodrigo Sávio Pessoa
dc.description.abstract.por.fl_txt_mv Um propulsor a plasma pulsado (PPT) é um dispositivo de propulsão espacial elétrica utilizado principalmente na manutenção de órbita e controle de atitude de veículos espaciais. Um dos problemas mais comuns com PPTs é a ablação tardia (LTA - Late Time Ablation), ou seja, a sublimação de propelente que ocorre após a descarga elétrica principal, reduzindo a eficiência no uso do propelente. O PPT de dupla descarga (DD-PPT) apresenta dois estágios distintos: o primeiro funciona como um PPT convencional (de uma única descarga) e o segundo usa uma descarga elétrica adicional para acelerar o plasma e a LTA. Este trabalho estudou um DD-PPT e analisou parâmetros de desempenho, ao variar os níveis de energia aplicados a cada um de seus dois estágios a fim de identificar a configuração de melhor desempenho. Um laboratório foi montado para permitir os ensaios do propulsor. O DD-PPT teve o seu cicuito elétrico modificado de forma a proteger os seus componentes. Um novo circuito elétrico foi concebido para permitir uma distribuição arbitrária de energia entre os dois estágios do DD-PPT. Uma estrutura especial foi construída para suportar e proteger o propulsor. Foram calculados os gradientes de indutância dos eletrodos do propulsor. Ensaios com diversas configurações energéticas foram realizados (1096 disparos) em câmara de vácuo (8x$10^{-6}$ mbar) com o uso de bobinas Rogowski (sondas de corrente) conectadas aos eletrodos do propulsor. Um osciloscópio fez a aquisição dos dados de corrente. Os impulsos foram calculados baseado nos gradientes de indutância e em dados da análise da corrente de descarga. Uma balança de precisão foi utilizada para a medição da variação da massa de propelente. O impulso específico foi calculado usando a variação de massa e o impulso. Os resultados dos ensaios mostraram baixos valores de impulso por energia (47,4 $\mu$Ns) do DD-PPT, mas um excelente desempenho em termos de impulso específico (3606 s). A escolha da melhor configuração, em termos de desempenho, foi a que apresentou um valor baixo de energia no primeiro estágio e um valor alto de energia no segundo estágio.
dc.description.abstract.eng.fl_txt_mv A Pulsed Plasma Thruster (PPT) is an electric space propulsion device mostly used for spacecraft orbit maintenance and attitude control. One of the most common issues with PPTs is the Late Time Ablation (LTA) - the sublimation of propellant that occurs after the main electric discharge, reducing propellant use efficiency. The Double Discharge PPT (DD-PPT) has two stages: the first stage works as a regular PPT and the second stage employs an additional (secondary) discharge to accelerate the PLASMA and the LTA. This work studied a DD-PPT and analyzed its efficiency and performance while varying the levels of energy applied to each of the two stages in order to achieve maximum performance. A laboratory was built to allow propulsion tests. The DD-PPT electric circuit was remodeled to protect its components. A new electric circuit was designed to enable energy levels distribution amongst the two stages of the DD-PPT. A special structure was built to support, protect and control the thruster. Inductance gradients were calculated. Tests were performed (1096 shots) in vacuum (8x$10^{-6}$ mbar), for each different energy configuration using Rogowski coils (probe current) connected to the thruster´s electrodes. An oscilloscope acquired the discharge current data. The impulse bits were measured using the inductances gradients calculated and with the analysis of the discharge current. A precision scale was used for measuring the propellant mass variation. Specific impulses were calculated using the mass variation and impulse bit. Results showed a DD-PPT with relative low performance with respect to impulse bit (47.4 $\mu$Ns) but very good performance with respect to specific impulse (3606 s). The energy distribution configuration that used less energy in the primary stage and a higher energy in the secondary stage was elected as the best one.
description Um propulsor a plasma pulsado (PPT) é um dispositivo de propulsão espacial elétrica utilizado principalmente na manutenção de órbita e controle de atitude de veículos espaciais. Um dos problemas mais comuns com PPTs é a ablação tardia (LTA - Late Time Ablation), ou seja, a sublimação de propelente que ocorre após a descarga elétrica principal, reduzindo a eficiência no uso do propelente. O PPT de dupla descarga (DD-PPT) apresenta dois estágios distintos: o primeiro funciona como um PPT convencional (de uma única descarga) e o segundo usa uma descarga elétrica adicional para acelerar o plasma e a LTA. Este trabalho estudou um DD-PPT e analisou parâmetros de desempenho, ao variar os níveis de energia aplicados a cada um de seus dois estágios a fim de identificar a configuração de melhor desempenho. Um laboratório foi montado para permitir os ensaios do propulsor. O DD-PPT teve o seu cicuito elétrico modificado de forma a proteger os seus componentes. Um novo circuito elétrico foi concebido para permitir uma distribuição arbitrária de energia entre os dois estágios do DD-PPT. Uma estrutura especial foi construída para suportar e proteger o propulsor. Foram calculados os gradientes de indutância dos eletrodos do propulsor. Ensaios com diversas configurações energéticas foram realizados (1096 disparos) em câmara de vácuo (8x$10^{-6}$ mbar) com o uso de bobinas Rogowski (sondas de corrente) conectadas aos eletrodos do propulsor. Um osciloscópio fez a aquisição dos dados de corrente. Os impulsos foram calculados baseado nos gradientes de indutância e em dados da análise da corrente de descarga. Uma balança de precisão foi utilizada para a medição da variação da massa de propelente. O impulso específico foi calculado usando a variação de massa e o impulso. Os resultados dos ensaios mostraram baixos valores de impulso por energia (47,4 $\mu$Ns) do DD-PPT, mas um excelente desempenho em termos de impulso específico (3606 s). A escolha da melhor configuração, em termos de desempenho, foi a que apresentou um valor baixo de energia no primeiro estágio e um valor alto de energia no segundo estágio.
publishDate 2014
dc.date.issued.fl_str_mv 2014-12-19
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
status_str publishedVersion
format masterThesis
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09
url http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.18.17.09
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão
dc.publisher.initials.fl_str_mv INPE
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
publisher.none.fl_str_mv Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
instname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
instacron:INPE
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
instname_str Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
instacron_str INPE
institution INPE
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
repository.mail.fl_str_mv
publisher_program_txtF_mv Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão
contributor_advisor1_txtF_mv Rodrigo Intini Marques
_version_ 1706809356981370880

Registros relacionados