Fehlerbehebung bei einem DIY-Ionentriebwerk

Das Lehrvideo zeigt einen 30-kV-Transformator, der die elektromotorische Kraft für den Ionenmotor/Tischventilator bereitstellt.

Das vom Benutzer erstellte Make-Video bietet eine klare Lesung eines 10-kV-Transformators. Das scheint ein starker Indikator für mangelnde Stärke im Build zu sein.

Spannen Sie einen Satz Nägel in eine elektrische Bohrmaschine und schärfen Sie die Spitzen, wie von uhoh vorgeschlagen, dann pumpen Sie die Lautstärke auf ... oops, erhöhen Sie die Spannung mit einem stärkeren Transformator.

Das Tutorial-Video schlägt einen Abstand von einem Zoll für die Auslassdüsen vor. Das Herstellervideo scheint proportional ähnlich zu sein, aber ich vermute, dass es nicht schaden würde, das Ionenziel etwas näher an den Emitter zu bringen. Nicht zu nah, vielleicht noch fünf bis sechs Millimeter.

Es ist schwierig, die Wissenschaft in imperialen Einheiten zu verstehen, aber diese Videos zeigen, dass es auch funktioniert.

Ich vermute sehr stark , dass die Schärfe der Spitzen auf den Nägeln der Schlüssel ist. Dies beruht auf der Feldionisation der Luft und wird durch Punkte auf den Nägeln verursacht, die scharf genug sind, dass elektrische Felder in der Nähe der Spitze ausreichend hoch sind (in der Größenordnung von Volt / Angström), dass sie entweder ein Elektron von einzelnen Molekülen oder Atomen abreißen in der Luft, die positive Ionen erzeugt, oder fügen Sie ein zusätzliches Elektron hinzu, das negative Ionen erzeugt.

Die Felddesorption (FD) ist eine Methode zur Ionenbildung, die in der Massenspektrometrie (MS) verwendet wird, bei der ein elektrisches Hochpotentialfeld an einen Emitter mit einer scharfen Oberfläche angelegt wird, wie z. B. eine Rasierklinge oder häufiger ein Filament Es haben sich winzige „Schnurrhaare“ gebildet.

Siehe auch zum Beispiel:

• elektrostatische Flüssigkeitsbeschleunigung; physikalische Prinzipien
• Luftionisator
• elektrostatischer Filter

Das Elektron von einem neutralen Atom oder Molekül zu trennen ist harte Arbeit und hat normalerweise eine geringe Effizienz. Bei echten Ionentriebwerken für Weltraumanwendungen sind der Großteil des Gewichts und des Stromverbrauchs eher auf die ionisierenden Aspekte des Designs als auf die Beschleunigungsaspekte zurückzuführen.

Sie müssen einen Weg finden, die Nägel entweder zu schärfen oder ein paar Schnurrhaare darauf zu erzeugen. Ich denke, dies wurde in dem Tutorial, dem Sie folgen, weggelassen.

unten: Folie 52 von Ionenquellen Ionisations- und Desorptionsverfahren erklärt, dass das extrem starke Feld der Ordnung 1E+10 V/m, das zum Ionisieren von Atomen benötigt wird, von einer Nadel bei 10 kV Potential erhalten wird, wenn der Krümmungsradius der Spitze auf 10 verringert wird Mikrometer . Solange der Abstand zum Boden groß ist, spielt es keine Rolle, ob es 1 cm oder 10 cm sind. Aus Sicht des Feldes an der scharfen Spitze ist das fast unendlich. Fast der gesamte Potenzialabfall findet im ersten Millimeter oder so statt, und das Feld ist nur hoch genug, um Atome oder Moleküle ganz an der Spitze zu ionisieren.

Elektrischer Feldemissionsantrieb (FEEP)

Dieses Prinzip wird auch in einigen Konstruktionen für elektrische Triebwerke für kleine Raumfahrzeuge verwendet. Die Umsetzung ist allerdings etwas anders. Anstelle einer Metallspitze in einem Gas ist die Nadel hohl und ein flüssiges Treibmittel wird in den Kapillarraum eingebracht. Wenn ein hohes Feld vorhanden ist, bildet die Flüssigkeit auf natürliche Weise eine Spitze oder einen Punkt, der als Taylor-Kegel bezeichnet wird . Einzelne Atome werden ionisiert und verlassen die Oberfläche.

Bei anderer Betätigung erreicht der Taylor-Kegel eine mechanische Instabilität und es bilden sich ionisierte Tröpfchen. Dies wird als Elektrospray-Ionisation bezeichnet und unterscheidet sich von einer Feldionisations-Ionenquelle.

Hier ist ein Beispiel für ein Elektrospray-Triebwerk mit einer Reihe von mikrogefertigten scharfen Spitzen.

Elektrischer Feldemissionsantrieb (FEEP) ist ein fortschrittliches elektrostatisches Weltraumantriebskonzept, eine Form von Ionentriebwerk, das flüssiges Metall (normalerweise entweder Cäsium, Indium oder Quecksilber) als Treibmittel verwendet. Ein FEEP-Gerät besteht aus einem Emitter und einer Beschleunigungselektrode. Zwischen den beiden wird eine Potentialdifferenz in der Größenordnung von 10 kV angelegt, die ein starkes elektrisches Feld an der Spitze der Metalloberfläche erzeugt. Das Zusammenspiel von elektrischer Kraft und Oberflächenspannung erzeugt Oberflächeninstabilitäten, die zu Taylor-Kegeln auf der Flüssigkeitsoberfläche führen. Bei ausreichend hohen Werten des angelegten Felds werden Ionen aus der Kegelspitze durch Feldverdampfung oder ähnliche Mechanismen extrahiert, die dann auf hohe Geschwindigkeiten (typischerweise 100 km/s oder mehr) beschleunigt werden.

Endgültige Antwort auf diese Frage: Als sie mit einer auf Elektroantrieb spezialisierten Professorin an der Cal Poly über dieses Projekt sprach, sagte sie mir, dass dieses Make Magazine-Projekt überhaupt nicht funktionieren sollte. Sie erklärte, dass es weit mehr als 7 Kathoden-"Löcher" (dh Kupferrohre) geben müsse und dass dies nur im Vakuum funktionieren sollte.

Ich habe in diesem Projekt bemerkt, als ich eine RIESIGE Spannungsspitze von meiner eingeschalteten Stromversorgung hatte, dass es eine kleine Bewegung von der vorne platzierten Serviette gab. Ich vermute, dass das Projekt aus diesem Make Magazine nur funktioniert hat, weil es extrem hohe Spannung verwendet hat. Theoretisch sollte dies jedoch nicht funktionieren, da ich seit Jahren mit Menschen spreche und mich im Internet umschaue.