Hallpropeller (HT) används i satelliter som kretsar kring jorden, och visa också löfte om att driva robot rymdfarkoster långa avstånd, som från jorden till Mars. Drivmedlet i en HT, vanligtvis xenon, accelereras av ett elektriskt fält som tar bort elektroner från neutrala xenonatomer, skapa en plasma. Plasma som matas ut från thrusterns avgaser kan leverera stora hastigheter, typiskt omkring 70, 000 mph.

Cylindrisk formade hallpropeller (CHT) lämpar sig för miniatyrisering och har ett mindre yta-till-volymförhållande som förhindrar erosion av thrusterkanalen. Utredare vid Harbin Institute of Technology i Kina har utvecklat en ny inloppsdesign för CHT som avsevärt ökar dragkraften. Simuleringar och experimentella tester av den nya designen rapporteras i veckan i tidningen Plasmas fysik .

CHT är utformade för lågeffektsoperationer. Dock, låg drivmedelsflödestäthet kan orsaka otillräcklig jonisering, ett viktigt steg i skapandet av plasma och generering av dragkraft. I allmänhet, öka gastätheten i urladdningskanalen samtidigt som dess axiella hastighet sänks, d.v.s. hastigheten vinkelrätt mot dragriktningen, kommer att förbättra thrusterns prestanda.

"Det mest praktiska sättet att ändra den neutrala flödesdynamiken i urladdningskanalen är genom att ändra gasinjektionsmetoden eller den geometriska morfologin för urladdningskanalen, "sade Liqiu Wei, en av tidningens huvudförfattare.

Utredarna testade en enkel designändring. Drivmedlet injiceras i thrusterns cylindriska kammare med ett antal munstycken som vanligtvis pekar rakt in, mot cylinderns centrum. När inloppsmunstyckenas vinkel ändras något, drivmedlet skickas in i en snabb cirkulär rörelse, skapa en virvel i kanalen.

Wei och hans medarbetare simulerade plasmaets rörelse i kanalen för båda munstycksvinklarna med hjälp av modellerings- och analysprogramvara (COMSOL) som använder ett ändligt element för att modellera molekylärt flöde. Resultaten visade att gastätheten nära kanalens periferi är högre när munstyckena lutas och propellern körs i virvelläge. I det här läget, gastätheten är betydligt högre och mer enhetlig, vilket också hjälper till att förbättra thruster -prestanda.

Utredarna verifierade sin simulerings förutsägelser experimentellt, och virvelinloppsläget gav framgångsrikt högre tryckvärden, särskilt när en låg urladdningsspänning användes. Särskilt, thrusterns specifika impuls ökade med 1,1 till 53,5 procent när urladdningsspänningen låg i intervallet 100 till 200 volt.

"Det arbete som vi rapporterar här verifierade bara genomförbarheten av denna gasinloppsdesign. Vi behöver fortfarande studera effekten av munstycksvinkel, diameter, förhållandet mellan djup och diameter och utloppskanalens längd, "Sade Wei. Han fortsatte att förutspå att virvelkonstruktionen snart kommer att testas i flyg-typ HT:er och så småningom kan komma att användas i rymdflygning.