Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Результаты и выводы
|
|
Результаты вычислительной модели показаны на рис 2 как функция от положения задней катушки R (Z) и тока в ней (I).
Рис. 2 Эффективность тяги (%) как функция от Z - положения (в метрах) и тока во втором контуре I (мега-Амперах)
Максимальная эффективности тяги составила 75 % для Z = -0.5 м и I = 1.19 MA. Размещение контура R в Z= +1.0 м снижало эффективность тяги.
Рис 3 иллюстрирует общую картину распределения векторов скоростей частиц в проекции на ось ХZ через 8 миллисекунд.
Рис 3.a. Распределение векторов скоростей в проекции на плоскость ХZ: вариант один контур, передний.
Схема на Рис 3.а показывает направление векторов для случая одного контура.
Рис 3.b Распределение векторов скоростей в проекции на плоскость ХZ: вариант два контура. Z= +1.0 I = 1.19 MA
Схема на рис. 3.b демонстрирует общее направление векторов скоростей для случая Z= +1.0 м и тока I = 1.19 MA.
Рис. 3.с Распределение векторов скоростей в проекции на плоскость ХZ: вариант два контура. Z= -0.5 I = 1.19 MA
Схема на рис. 3.с демонстрирует картину векторов скоростей для случая Z= -0.5 м и тока I = 1.19 MA, соответственно. Хотя нам кажется, что именно в случае b очень много частиц, изотропно расширяющейся плазмы, направлены (коллимируются) в направлении +Z, но здесь эффективность составляет всего 61 %. Ниже, чем в случае с - 75 %.
Рисунок 4 показывает распределение напряженности магнитного поля в начальный момент (инициализации) и через 0.5 миллисекунд после, для случая Z= -0.5 m и I= 1.19 MA. Магнитное поле выталкивается из района занятого плазмой и видно, что оно через 0.5 мс сжимается, чтобы сработать как отбрасывавшая пружина для плазмы. Подобная картина наблюдается и для всех остальных случаев.
Рис. 4 Распределение магнитного поля (а) в момент инициализации (b) через 0.5 миллисекунды.Вариант Z= -0.5 I = 1.19 MA
Рисунок 5 показывает распределение скоростей ионов плазмы по составляющей vz через 8 миллисекунд для одноконтурного случая (рис. 5.а); случая с двумя контурами и Z= +1.0 m (рис. 5.b); случая с двумя контурами и Z= -0.5 m (рис. 5.c).
На рисунке 5.а видно две скоростных компонента в районе Z= +1.0 m. Это указывает на то, что дополнительный контура R размещенный в этом месте - сильно повредит.
Рис. 5.a Распределение vz. Вариант один контур, передний.
Рисунок 5 b показывает, что более низкий компонент скорости замедлен по сравнению со случаем а.
Рис. 5.b Распределение vz. Вариант два контура. Z= +1.0 I = 1.19 MA
С другой стороны рисунок 5.с показывает, что менее скоростной компонент, теперь наоборот ускорен, потому что вторая катушка перемещена в Z= -0.5 m.
Рис. 5.с Распределение vz. Вариант два контура. Z= -0.5 I = 1.19 MA
Это объясняет, почему мы получаем более низкую эффективность для случая b.
За увеличение эффективности тяги, достигнутое использованием двух катушек, придется расплачиваться увеличением массы системы в связи с использованием дополнительного контура, лучевого экрана для них и дополнительных радиаторов для рассеивания излишков тепла. Предварительная оценка по уравнениям, используемым Гайдом (Hyde) для массы системы, показывает, что системе из двух потребуется повышение эффективности тяги более чем до 73 % чтобы выиграть у одновитковой системы той же мощности по отношению эффективности, определенной как отношение эффективности тяги к массе конструкции.
Заключение
LFR использует магнитное сопло для формирования из изотропно расширяющейся плазмы направленный поток. Вычислительное моделирование эффективности для магнитного сопла, использующего два витка, производилось на 3-D гибридном коде. Максимальная эффективность достигла 75 % по сравнению с 65 % полученными для одновитковой схемы. Было так же обнаружено что размещение второй (задней) катушки
в позиции +Z уменьшает эффективность из-за того, что поле этого контура будет тормозить частицы плазмы.
References:
[1] Hyde, R. A., Wood Jr, L. L., Nuckolls. J. H.: Prospects for Rocket Propulsion with
Laser-induced Fusion Microexplosions, AIAA Paper, No.72-1063, 1972
[2] Hyde, R. A.: A Laser Fusion Rocket for Interplanetary Propulsion, Lawrence
Berkeley Laboratory, UCRL-88857, 1983
[3] Nagamine, Y., Nakashima, H.: Analysis of Plasma Behavior in a Magnetic Thrust
Chamber of a Laser Fusion Rocket, Fusion Technology, Vol. 35, pp.62-70, 1999
[4] Horowitz, E. J., Schumaker, D. E., Anderson, D. V.: QN3D: A Three-Dimensional
Quasi-neutral Hybrid Particle-in-Cell Code with Applications to the Tilt Mode
Instability in Field Reserved Configurations, J. Comp. Phys., Vol.84, pp. 279-310, 1989
Перевод: Александр Семенов. Ноябрь, 2007 г.
Первоисточник:
Thrust Efficiency Calculation for Magnetic Nozzle in Laser Fusion Rocket
N. Sakaguchi, Y. Kajimura, H. Nakashima
Trans. Jpn. Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.48, No. 161, pp.180-182(2005)
Скачать PDF-файл на английском.
|
|