Les propulseurs à effet Hall (HT) sont utilisés dans les satellites en orbite terrestre, et montrent également la promesse de propulser des engins spatiaux robotiques sur de longues distances, comme de la Terre à Mars. Le propulseur dans un HT, généralement du xénon, est accéléré par un champ électrique qui arrache les électrons des atomes neutres de xénon, créer un plasma. Le plasma éjecté de l'extrémité d'échappement du propulseur peut fournir de grandes vitesses, généralement autour de 70, 000 mph.

Les propulseurs à effet Hall (CHT) de forme cylindrique se prêtent à la miniaturisation et ont un rapport surface/volume plus petit qui empêche l'érosion du canal du propulseur. Les chercheurs de l'Institut de technologie de Harbin en Chine ont développé une nouvelle conception d'entrée pour les CHT qui augmente considérablement la poussée. Des simulations et des tests expérimentaux du nouveau design sont rapportés cette semaine dans le journal Physique des plasmas .

Les CHT sont conçus pour des opérations à faible puissance. Cependant, une faible densité de flux de propergol peut provoquer une ionisation inadéquate, une étape clé dans la création du plasma et la génération de poussée. En général, augmenter la densité du gaz dans le canal d'évacuation tout en abaissant sa vitesse axiale, c'est à dire., la vitesse perpendiculaire à la direction de poussée, améliorera les performances du propulseur.

"Le moyen le plus pratique de modifier la dynamique d'écoulement neutre dans le canal de décharge est de changer la méthode d'injection de gaz ou la morphologie géométrique du canal de décharge, " a déclaré Liqiu Wei, l'un des principaux auteurs de l'article.

Les enquêteurs ont testé un simple changement de conception. Le propulseur est injecté dans la chambre cylindrique du propulseur par un certain nombre de tuyères qui pointent généralement directement vers l'intérieur, vers le centre du cylindre. Lorsque l'angle des buses d'entrée est légèrement modifié, le propulseur est envoyé dans un mouvement circulaire rapide, créant un vortex dans le canal.

Wei et ses collègues ont simulé le mouvement du plasma dans le canal pour les deux angles de buse à l'aide d'un logiciel de modélisation et d'analyse (COMSOL) qui utilise une approche par éléments finis pour modéliser le flux moléculaire. Les résultats ont montré que la densité de gaz près de la périphérie du canal est plus élevée lorsque les tuyères sont inclinées et que le propulseur fonctionne en mode vortex. Dans ce mode, la densité du gaz est nettement plus élevée et plus uniforme, ce qui contribue également à améliorer les performances du propulseur.

Les enquêteurs ont vérifié expérimentalement les prédictions de leur simulation, et le mode d'entrée du vortex a produit avec succès des valeurs de poussée plus élevées, surtout lorsqu'une faible tension de décharge a été utilisée. En particulier, l'impulsion spécifique du propulseur augmentait de 1,1 à 53,5 % lorsque la tension de décharge était comprise entre 100 et 200 volts.

"Le travail que nous rapportons ici n'a fait que vérifier la faisabilité de cette conception d'entrée de gaz. Nous devons encore étudier l'effet de l'angle de la buse, diamètre, le rapport entre la profondeur et le diamètre et la longueur du canal d'évacuation, ", a déclaré Wei. Il a poursuivi en prédisant que la conception du vortex serait bientôt testée dans des HT de type vol et pourrait éventuellement être utilisée dans les vols spatiaux.