Modelo cero-dimensional para diseño de propulsores de plasma pulsantes ablativos de Teflón

Abstract

Se presenta un modelo cero dimensional para estimar la masa ablacionada y el impulso en propulsores de plasma pulsantes ablativos de Teflón® (PPPA), el cual es una modificación de modelos desarrollados con anterioridad. El modelo plantea el balance global de la energía, el cual considera la generación y transporte del pulso de corriente, la formación del arco, la disipación de energía por efecto Joule, la aceleración del plasma y la aceleración de los gases neutros. La ecuación resultante del balance de energía queda expresada en función de la masa ablacionada de Teflón® y de los principales parámetros eléctricos y geométricos del propulsor. Una expresión explícita de la masa que se ablaciona se obtiene desde este balance. También, se lleva a cabo un estudio de sensibilidad del nuevo modelo respecto de variables tales como la resistividad y la emisividad del plasma en el arco. Se comparan los resultados numéricos con aquellos dados en la literatura especializada para distintos PPPA. Finalmente, se identifican las variables más relevantes respecto a la predicción de la masa ablacionada, el bit de impulso y el impulso específico.

To estimate the ablated mass and the impulse in Teflon® ablative pulsating plasma thrusters (PPPA), a zero-dimensional model is presented. This model introduces improvements to the models developed in the past. The new model uses the global energy balance, which considers the generation and transport of the current pulse, the arc formation, the energy dissipation by Joule effect, the acceleration of plasma and neutral gases. This energy equation is expressed as a function of the Teflon® ablated mass and the most important electric and geometric parameters of the thruster. From the energy balance, an explicit equation for the ablated mass is obtained. Numerical results are compared with data published in the specialized literature for different thrusters. Also, a sensitivity study is carried out regarding variables such as resistivity and plasma emissivity in the arc. Finally, the most relevant variables regarding the prediction of the ablated mass, the bit impulse and the specific impulse are identified