شبیه سازی عددی عملکرد رانشگر پالس پلاسمایی با پیشران جامد
چکیده
رانشگر پالس پلاسمایی، اولین رانشگر مورد استفاده در ماموریت¬های فضایی بوده است. به دلیل عملکرد مناسب آن در میکروماهواره¬ها، مورد توجه محققان این زمینه واقع گردیده است. در این سیستم به دلیل تخلیه خازن الکتریکی و عبور جریان قوی بین آند وکاتد، سوخت (عموما تفلون) تجزیه شده وپلاسما (سیالی خنثی و شامل یون¬های مثبت و بار منفی) تشکیل می¬شود و سپس با استفاده از میدان مغناطیسی القایی و اعمال نیروی لورنتس به ذرات باردار فوق، این ذرات شتاب گرفته و با سرعت بسیار زیاد نیروی رانش تولید می¬کند. در این پایان¬نامه به شبیه¬سازی عددی یک رانشگر پالس پلاسمایی پرداخـته شده است. معـادلات به¬کار رفته شامل معادله پیوستگی، بقای اندازه حرکت، بقای انرژی به همراه معادلات الکترومغناطیس ماکسول می¬باشد. روش عددی به¬کار رفته بر مبنای روش¬ عددی اینفلت، هارتن، لکس، ون لیر (hlle) می¬باشد که دارای دقت عددی مناسبی می¬باشد. در این شبیه¬سازی از اثرات هال، فرآیند یونیزاسیون، انتقال حرارت و لزجت صرف¬نظر شده است. رسانندگی الکتریکی محیط و ضریب گذردهی خلاء یکنواخت و ثابت فرض شده است. به منظور صحت به کارگیری روش عددی مورد استفاده در این پژوهش، مسئله¬ی ریمان مغناطیسی یک بعدی با عنوان مسئله لوله ضربه جهت صحه¬گذاری حل معادلات دینامیک سیالات مغناطیسی (mhd) استفاده می¬گردد. معادلات حاکم برای یک شتاب¬دهنده مغناطیسی نمونه حل شده است. نتایج حل ارائه شده شامل توزیع چگالی، توزیع سرعت، توزیع فشار و توزیع میدان مغناطیسی در طول رانشگر می¬باشد که مقایسه آن با نتایج عددی مشابه نتایج رضایت بخشی را نشان می¬دهد. یک رانشگر پالس پلاسمایی نیز مورد تحلیل عددی واقع شده است. نتایج مربوط به منحنی¬های چگالی، فشار، میدان مغناطیسی و سرعت با رفتار فیزیکی مورد انتظار مقایسه شده و رضایت بخش می¬باشد. هم¬چنین نمودار توزیع دمای تفلون پس از رسیدن به دمای تصعید، با اعمال انرژی حرارتی از ناحیه پلاسما، با نتایج مرجع هم¬خوانی مناسبی دارد.