I propulsori Hall (HT) sono utilizzati nei satelliti in orbita attorno alla terra, e mostrano anche la promessa di spingere i veicoli spaziali robotici a lunghe distanze, come dalla Terra a Marte. Il propellente in un HT, di solito xeno, è accelerato da un campo elettrico che sottrae elettroni agli atomi neutri di xeno, creando un plasma Il plasma espulso dall'estremità di scarico del propulsore può fornire grandi velocità, tipicamente intorno ai 70, 000 miglia orarie.

I propulsori Hall di forma cilindrica (CHT) si prestano alla miniaturizzazione e hanno un rapporto superficie-volume più piccolo che impedisce l'erosione del canale del propulsore. Gli investigatori dell'Harbin Institute of Technology in Cina hanno sviluppato un nuovo design di ingresso per i CHT che aumenta significativamente la spinta. Simulazioni e test sperimentali del nuovo design sono riportati questa settimana sulla rivista Fisica dei Plasmi .

I CHT sono progettati per operazioni a bassa potenza. Però, una bassa densità di flusso del propellente può causare una ionizzazione inadeguata, un passaggio chiave nella creazione del plasma e nella generazione della spinta. Generalmente, aumentando la densità del gas nel canale di scarico riducendo la sua velocità assiale, cioè., la velocità perpendicolare alla direzione di spinta, migliorerà le prestazioni del propulsore.

"Il modo più pratico per alterare la dinamica del flusso neutro nel canale di scarico è cambiare il metodo di iniezione del gas o la morfologia geometrica del canale di scarico, " disse Liqiu Wei, uno dei principali autori dell'articolo.

Gli investigatori hanno testato una semplice modifica del design. Il propellente viene iniettato nella camera cilindrica del propulsore da una serie di ugelli che di solito puntano direttamente all'interno, verso il centro del cilindro. Quando l'angolo degli ugelli di ingresso viene leggermente modificato, il propellente viene inviato in un rapido movimento circolare, creando un vortice nel canale.

Wei ei suoi collaboratori hanno simulato il movimento del plasma nel canale per entrambi gli angoli degli ugelli utilizzando un software di modellazione e analisi (COMSOL) che utilizza un approccio agli elementi finiti per modellare il flusso molecolare. I risultati hanno mostrato che la densità del gas vicino alla periferia del canale è maggiore quando gli ugelli sono inclinati e il propulsore viene fatto funzionare in modalità vortice. In questa modalità, la densità del gas è significativamente più alta e più uniforme, che aiuta anche a migliorare le prestazioni del propulsore.

I ricercatori hanno verificato sperimentalmente le previsioni della loro simulazione, e la modalità di ingresso a vortice ha prodotto con successo valori di spinta più elevati, soprattutto quando è stata utilizzata una bassa tensione di scarica. In particolare, l'impulso specifico del propulsore è aumentato dall'1,1 al 53,5 percento quando la tensione di scarica era compresa tra 100 e 200 Volt.

"Il lavoro che riportiamo qui ha solo verificato la praticabilità di questo progetto di ingresso del gas. Dobbiamo ancora studiare l'effetto dell'angolo dell'ugello, diametro, il rapporto tra profondità e diametro e la lunghezza del canale di scarico, " Wei ha detto. Ha continuato a prevedere che il design del vortice sarà presto testato in HT di tipo volo e potrebbe eventualmente essere utilizzato nel volo spaziale.