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CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
6.1 Conclusioni
Le prove di collaudo condotte sul catodo neutralizzatore hanno permesso di verificare innanzi tutto la sua accensione, essendo questo il primo prototipo di catodo cavo interamente progettato a Centrospazio, e successivamente il suo funzionamento sia in modalità Stand-By che in configurazione a diodo per diversi valori di corrente, tensione e portata di gas. L’attività sperimentale ha contribuito inoltre all’acquisizione di conoscenze necessarie alla progettazione e allo sviluppo di questi dispositivi alle cui prestazioni sono legate quelle dei propulsori di tipo HET.
Dall’analisi dei risultati sperimentali ottenuti durante le prove si sono tratte quindi le seguenti conclusioni:
- Per il raggiungimento delle temperature d’attivazione dell’inserto
(intorno ai ) è necessario operare nella fase finale di
riscaldamento con una corrente di al riscaldatore per un periodo di qualche minuto ( K ° 1500 A 4 min 3
1÷ ). Con tale corrente la potenza assorbita
dal riscaldatore è di circa , a conferma della validità delle
scelte progettuali.
W
110
- Una volta raggiunta la temperatura d’attivazione l’arco si innesca con una tensione al keeper di e si stabilizza rapidamente. Con portate di gas comprese tra
V 250 s mg 7 . 0 5 . 0 ÷ si raggiungono correnti al
Conclusioni e sviluppi futuri
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100
keeper fino a 3A con tensioni di 12÷16V . Nel funzionamento in modalità Stand-By è emerso che per correnti al keeper inferiori a l’arco non riesce a mantenere sufficiente calda la zona dell’inserto causando lo spegnimento del catodo.
A
2
- Durante il funzionamento in configurazione a diodo il
neutralizzatore ha esibito un buon comportamento in termini di prestazioni, arrivando a sviluppare correnti e tensioni di scarica
rispettivamente di 14A e di 80V con portate di gas di
s mg 7 . 0 6 .
0 ÷ . Questo buon livello di prestazioni è stato poi
confermato successivamente in fase di collaudo con il motore SPT da 5kW per cui il catodo era stato progettato.
Il modello numerico sviluppato per la scarica di plasma si inserisce all’interno di uno studio teorico sui catodi cavi fatto in lavori precedenti a Centrospazio e rappresenta il completamento dei processi di scarica che hanno inizio nella zona dell’inserto e terminano sull’anodo esterno. Tale modello infatti investiga la regione di spazio esterna compresa tra l’orifizio e l’anodo esterno trattando il plasma come un continuo multi-fluido (elettroni, ioni monovalenti e neutri) fortemente ionizzato. Inserendo come dati d’ingresso la portata di gas e la tensione anodica il modello fornisce le principali grandezze macroscopiche del plasma: densità numerica, temperatura e velocità per ogni specie, nonché il potenziale del plasma lungo la scarica. Dai risultati numerici si conclude che:
- Gli andamenti delle grandezze del plasma sono plausibili indicando una diminuzione della densità delle particelle a causa del gradiente di pressione e un incremento della temperatura elettronica per via degli urti con gli ioni nella zona dell’orifizio. Mediante il calcolo della corrente che fluisce attraverso l’anodo è stato possibile ricavare la caratteristica elettrica in funzione della tensione anodica. Il buon accordo dei risultati numerici con quelli sperimentali hanno permesso una parziale validazione del modello teorico per la scarica.
Sviluppo di un catodo cavo per applicazioni su motori a effetto Hall ad alta potenza
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6.2 Sviluppi futuri
Nonostante il neutralizzatore abbia esibito soddisfacenti prestazioni durante le prove di collaudo, sarebbe necessario verificarne le prestazioni variando la distanza tra keeper e catodo. Tale distanza infatti influenza sia il
potenziale d’innesco della scarica (Breakdown Voltage) sia il
funzionamento in modalità Stand-By.
kb
V
Una sperimentazione in tal senso potrebbe portare a migliorare il dispositivo con un abbassamento sia del potenziale d’innesco che delle tensioni e correnti necessarie al mantenimento della modalità Stand-By.
Inoltre sarebbe opportuno effettuare delle misurazioni di temperatura per la zona dell’orifizio attraverso, ad esempio, l’utilizzo di un pirometro ottico consentendo di apportare così eventuali migliorie sia al riscaldatore che al dimensionamento dell’orifizio e dell’inserto.
Tutto ciò consentirebbe di acquisire conoscenze empiriche utili alla progettazione e allo sviluppo di questi dispositivi a Centrospazio.
Per quanto riguarda il modello fisico-matematico della scarica, esso necessiterebbe di una validazione empirica più completa mediante l’utilizzo di sonde elettrostatiche per la misurazione di alcune grandezze del plasma come la densità elettronica e la temperatura elettronica.
