האתגרים בהנדסה של מיניסטריטים מיני-מחדשים לניסויים מיקרו-גרפיים

דחיפה למזער מנועי טילים בניסויים מיקרו-גרפיים התפתחה כגבול קריטי במחקר בחלל.כפי שמדענים ומהנדסים שואפים לפתח מערכות הנעה קטנות ויעילות יותר, הם נתקלים במכשולים הנדסיים נפרדים הקשורים לחוקים מקיפים, דינמיקות תרמיות, חומרים וייצור דיוק.מנועי אלה חייבים לפעול באופן אמין בסביבה הייחודית של מיקרו-גרביטציה, שם התנהגות נוזלית, העברה, ובעירה שונה מתנאים אלה, לקידום תהליכים מדעיים ופתרונות סביבתיים חדשניים.

« « « « שקיפות למטה

אתגר בסיסי ב miniaturizing מנועי טילים הוא שמירה על יעילות דחף ויעילות כאשר המערכת כולה מופחתת לשבריר בגודל המקורי שלה.מנועי טילים האמנה תלויים בתאי התלקחות גדולים ומחסנים רחבים כדי להשיג הפסקת דלק מלאה ואימפולס ספציפי אופטימלי.

יכולת הפיכה ב- Small Scales

בחדר של בעירה זעירה, הלהבה הופכת רגישה מאוד לזרימת הפרעות והפסדי חום.זמן המגורים מופחת של גזי דחפולן יכול להוביל לבעירה לא שלמה, היווצרות סווט, ובעירה של התחייבויות אשר מקטין ביצועים ומאיימות על שלמות החומרה.מהנדסים משתמשים בסביבות חישוביות גבוהה (CD) כדי להגיב במיקרו-ערוצים ועיצוב ב- גיאומטמים מהירים שמפתחים למיקרו-Fvjecting, לדוגמה, כלומר, כלומר, ל-Fvjecting, ל-Fvirdigital Power-Fvjecting, כדי לספק דינמיקה נמוכה של עיבוד של מוצרי מיקרו-FD.

משלוח דלק ומיקסינג

(הקדמה למטר ושילוב של מניעים היא מכשול נוסף. בקנה מידה קטן, שערי זרימת ההמונים הם מינוס, הדורש שסתום מדויק מאוד וזרקות.מדחף נוזלי עלול להיכשל כדי לאטום כראוי, בעוד מערכות גזיות להתמודד עם אתגרים בהשגת יחסי תערובת אחידים נבדקים.

ניהול קומפקטי במערכות

מנועי טילים מיניים מייצרים חום אינטנסיבי בתוך נפח מוגבל, וללא ניהול תרמי מספיק, רכיבים יכולים להיכשל באופן קטסטרופלי. אותם אפקטים מדרגים מאתגרים את הבעירה גם להגביל את היעילות של שיטות קירור קונבנציונליות. קירור קרינה פסיבי הוא לא מספיק בקנה מידה קטן בשל ⁇ טמפרטורה גבוהה ואזור משטח מוגבל, מה שחייב מהנדסים לאמץ אסטרטגיות מיקרו-קולקטיביות פעיל.

מיקרו ערוצים ל-Hy Exchange

פתרון מבטיח אחד הוא שילוב של חילופי חום מיקרו ערוצים לתוך מבנה המנוע.המכשירים האלה להפיץ מגניב - לעתים קרובות הדלק עצמו - באמצעות ערוצים מעוקלים רק עשרות מיקרונים רחבים, הסרת חום מקיר תא ההבעירה לפני שהוא מגיע לרמות קריטיות. חוקרים ב-FLT:0 של טוקיוFLT:1 הוכיחו מיקרו-סטרוסטרורטי מגניב מחדש כי משתמש מימן כמו נוזל והשגת פעילות מגניבה ב-2,000 kart.

חומרים עמידים לחום

חומרים מתקדמים הם גם חיוניים.עלוליים מסורתיים עשויים לא לשרוד את המתח התרמי והמכני המשולב באזור הגרון של מיקרו-נגין.מהנדסים פונים לרכיבים ממטריקס קרמיקה (CMCs) וקרמיקה אולטרה-גבוהה-טמפרטורה (UHTCs) כגון Zirconium diboride ו- hafnium carbide חומרים אלה לשמור על טמפרטורות קיצוניות תוך מתן טמפרטורות תרמיות, אשר דורשות במיוחד כדי צמצום קווי לחץ דם מגנטיים או ייצור.

חומרים וייצור Constraints

המיניגלגלציה דורשת חומרים שאינם רק עמידים בחום, אלא גם קלים, עמידים, ותואמים לתהליכים מיקרו-פאבריטיס.הנפח המוגבל של מנוע מיניאטורה לא מותיר כמעט שום שולי להתחדשות מבנית, כך שכל מרכיב חייב להיות מותאם ליחס משקל והתנגדות מצמררת.

Ceramics ו Composites

Ceramics מציעים יציבות תרמית מעולה אבל הם בשפע ו נוטה לשברים תחת השפעה או רטט. חומרים Composite שילוב סיבי פחמן או סיבי סיליקון במטריקס קרמיקה יכול לספק את הקשידות הנדרשת תוך שמירה על עמידות חום. עבור FLT:0 German Aerospace Center (DLR) מיקרוביטיבית ניסויים 1LT:1, החוקרים בחנו תאים כי להפחית את המסה על ידי 40% לעומת מתכות, אם כי הם עדיין מחסומים נרחבים למניעים.

ייצור תוספתי עבור תרכובות Geometries

ייצור אדקטי (AM) הפך למשתנה משחק עבור מנועי מיני-מעור.טכניקות כגון לייזר סלקטיבי התכה (SLM) ואלקטרון נמס (EBM) המאפשר יצירת ערוצי קירור פנימיים מורכבים, ננומטרים מתואמים, ושילוב של חומרים microLM כי יהיה בלתי אפשרי למכונה באופן קונבנציונלי.

בדיקה ואימות במיקרוגרפי

בדיקת ביצועי מנוע טילים זעירים במצב שהוא תוכנן עבור - מיקרוגרביטטי - הוא אתגר לוגיסטי וטכני משמעותי. בדיקות קרקעיות לא יכולות לשכפל את היעדר ההדבקה המונעת על ידי buoyancy, ההתנהגות הייחודית של ממשקי גז נוזלי, או הלחץ הרדיפתי מופחת בתוך מיכלי דחף המתרחשת במסלול.

טיפות וטיסות פארבוליות

מיקרוגרביטציה קצרה ניתן להשיג באמצעות מגדלי טיפות וטיסות מטוסים פרבוליים, אבל פלטפורמות אלה להגביל את זמני הבדיקה לכמה שניות.עבור ניסויים של הבעירה יציבה של המדינה, זה לעתים קרובות לא מספיק להגיע לאיזון תרמי או להעריך לטווח ארוך דחף דחיפות להאכיל יציבות.FLT:0Bremen DropFLT:1 מספק 4.7 שניות של מיקרו-חומרי, אשר שימשה במשך זמן רב-אטקטורי, אך ורק כדי למנוע שינויים אלה.

עיצוב מודולרי עבור Iteration

מהנדסים מגיבים על ידי אימוץ ארכיטקטורות מודולריות.מנוע מיניאטורי יכול להיות מחולק תת-מערכות עצמאיות - אינזרק, תא הבעירה, נושל וניהול תרמי - אשר נבדקים באופן פרטני ואופטימיזציה.מודולריות זו גם מפשטות החלפת ותיקון על מסלול, צמצום הצורך בתיקון בקנה מידה מלא של NASFs. לדוגמה, חוקר עשוי לבדוק 10 שונה בפירוק גיאוגרפיה ב-Ficualries, כמו התפלגות של יחידת ה-Absp; כמו ההרחבה הטובה ביותר, כמו גם ב-AFtras-A.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

המסע למזער מנועי טילים רחוק יותר.בעוד שהמניעה הכימית הייתה המוקד העיקרי, שיטות הנעה חלופיות ומניעים חדשים צוברים מתח עבור יישומים מיקרו-גרפיים, שבו אפילו כמויות זעירות של זיהום או רטט יש להימנע.

חשמל למיקרו-Thrust

דחף חשמלי, כגון מנועי יון ודחפורים של הול-אפקט, מציעים דחף ספציפי במיוחד גבוה ובקרת דחף מעולה.לצמצם אותם מגיע עם האתגרים שלו - ככל הנראה הצורך באספקת חשמל גבוהה וחשמליות עמידת שחיקה - אבל ההתקדמות במיקרו-אפריקד יון אופטיקה ודחף קרמיקה מכווץ את המערכות האלה.

מערכות היברידיות ומפיצים ירוקים

ההנעה ההיברידית, המשלבת גרגר דלק מוצק עם נוזל או גזיצר גזי, מציעה יכולת פשוטה יותר של התכווצות והפעלה מחדש של יכולות מאשר כל המנועים הסולקים, והיא מונעת את הרעלים והטיפול בסיכון של מדחף נוזלי היפרגליטי.הירוקים כגון הידרוקסידיום ניטר (HAN) ו-iLTonics נמוכים הם פורמולציה עבור microazolresics כגון: 0xylamine נמוך יותר מאשר דרישות בטיחות קונבנציונאליות נמוכה יותר מאשר דרישות ירוקות.

מסקנה

מיני מנועי טילים לניסויים מיקרו-גרביטטיים נותר אחד האתגרים המהנדסים התובעניים ביותר במדעי החלל המודרנית. Scaling מטה ויעילות, ניהול חום קיצוני, בחירת וייצור חומרים מתקדמים, ועריכת בדיקות משמעותיות בסביבה המיקרו-גרידית עצמה כל דורש פתרונות חדשים ובינתחומיים, אך עם כל התקדמות במיקרו-מפרקציה, ייצור ומודל חישובי, חזון של מערכות זעירות, עוצמתיות, אמינות ואמינות-אך הן גם שיטות של פעילות גופנית מתקדמות יותר, אשר מסייעות יותר, אשר מסייעות, הן למניעה, הן רק למניעה, הן שיטות הפעלה של תהליכים זעירים, אשר ימשיכו למנועי-ה של תהליכים זעירים, אך ורק למיקרו-מסלולאריכים-מסלולאריים מתקדמים של תהליכים זעירים, אשר ממשיכים למנועי-מסלולאריים, אשר ממשיכים למנועי-מסלולאריכים מתקדמים, אך ורק לשיטות של תהליכים זעירים, אשר ממשיכים לכדי למנועי-מסלולאריים, אשר ימשיכו לפתח שיטות הפעלה זעירים, אשר מאפשרים טיפול, אך ורק לשיטות של תהליכים זעירים, אשר מאפשרים טיפול זעירים, אך ורק לשיטות של תהליכים זעירים-מסלולאריכים-מסלולאריים מתקדמים, אשר ימשיכו למנועי-מסלולאריים-