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ホール型推進機の長寿命化に関する研究

Research Project

Project/Area Number 11J05104
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

張 科寅  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords電気推進機 / ホールスラスタ / イオンエンジン / 寿命評価 / 多層コーディング / 数値解析 / 粒子法 / 多層コーティング
Research Abstract

本研究では,ホールスラスタの長寿命化への指針を得ることを最終目標に研究を行った.
まず,独自の損耗測定法である多層コーティング法は,従来の寿命評価における時間がかかりすぎるという問題点を解決するため提案されたものである.具体的には,推進機の損耗部分に数百ナノメートル程度の多層薄膜を施したプローブを埋め込むことで,損耗の進行を薄膜層の発光により可視化し,ほぼリアルタイムな損耗測定を可能にする手法である.損耗率の定量測定のために必要な較正のための実験を行い,損耗率の磁束密度依存性や軸方向の空間分布を測定した.また,分光法による測定結果との定性的な比較も行い,一致した傾向が得られた.これにより,数千時間に及ぶ耐久試験に頼ることなく損耗を測定できるようになった.
次に,粒子法を用いた数値寿命解析法は,従来の寿命シミュレーションにおける,壁面直近の領域を模擬できない,という課題を解決するために提案されたものである.先例がない試みを成功させるため,半陰解法を用いた電位計算,質量比モデル,計算領域と境界条件の改良を提案し問題の解決を図った.特にこれまでにない質量比モデルを用いることで,計算を大幅に高速化しつつも解析精度の低下を最小限に抑えることができることを提案した.主要な物理モデルや計算条件についてパラメトリックな検証を行い,実験結果との比較によりそれらが妥当であることを確かめた.
最後に,開発したモデルを用いて,ホールスラスタの長寿命化のメカニズムを調べた結果についてまとめている.特に,プラズマを壁面から乖離させることが,長寿命化のために最も重要な指針であることを提案した.

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Multilayer Coating Method for Investigating Channel-Wall Erosion in a Hall Thruster2013

    • Author(s)
      o, S. Yokota, K. Komurasaki, Y. Ar
    • Journal Title

      Journal of Propulsion and Power

      Volume: 29 Issue: 1 Pages: 278-282

    • DOI

      10.2514/1.b34555

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Channel Wall Erosion Modeling of a SPT-Type Hall Thruster2012

    • Author(s)
      S. Cho, S. Yokota, R. Kaneko, K. Komurasaki, Y. Arakawa
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: 10 Issue: ists28 Pages: Pb_25-Pb_30

    • DOI

      10.2322/tastj.10.Pb_25

    • NAID

      130002136969

    • ISSN
      1884-0485
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thrust and Lifetime Performance Evaluation of a 300 W Class SPT and CHT Type Hall Thruster2012

    • Author(s)
      S. Cho, K. Komurasaki, H. Koizumi, A. Kobayashi, and A.
    • Journal Title

      Frontier of Applied Plasma Technology

      Volume: 5 Pages: 61-66

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 多層コーティング法におけるBNスパッタリング特性について2011

    • Author(s)
      細田誠也, 張科寅, 荒川義博, 他
    • Journal Title

      プラズマ応用科学

      Volume: Vol.19-2 Pages: 151-154

    • NAID

      40019324551

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Investigation of Sputtering Characteristics of Boron Nitride Manufactured by Ion Beam Sputter Deposition2013

    • Author(s)
      M. Hosoda, S. Cho, R. Kawashima, Y. Ito, D. Fujita, 他
    • Organizer
      The 20th Annual Meeting of IAPS
    • Place of Presentation
      クアラルンプール,マレーシア
    • Year and Date
      2013-03-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 250 mN級ホールスラスタの数値寿命シミュレーション2012

    • Author(s)
      張科寅, 川嶋嶺, 細田誠也, 藤田大樹, 伊藤裕樹, 他
    • Organizer
      第56回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      別府国際コンベンションセンター,大分県
    • Year and Date
      2012-11-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Lifetime Simulation of a SPT-Type Hall Thruster by Using a 2D Fully Kinetic PIC Model2012

    • Author(s)
      S. Cho, K. Komurasaki, Y. Arakawa
    • Organizer
      48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit
    • Place of Presentation
      アトランタ,アメリカ合衆国
    • Year and Date
      2012-08-01
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ホールスラスタの長寿命化に向けた推進機設計の評価2012

    • Author(s)
      張科寅, T. Schonherr, 金子亮太郎, 細田誠也, 他
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第43期年会講演会
    • Place of Presentation
      山上会館,東京都
    • Year and Date
      2012-04-12
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a 300W class SPT-type Hall Thruster by Using Multilayer Coating Method and Numerical Simulation2012

    • Author(s)
      S.cho, Y.Arakawa, et al
    • Organizer
      The 19th Annual Meeting of IAPS
    • Place of Presentation
      Taipei, China
    • Year and Date
      2012-03-11
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Analysis of the Impact of Channel Wall Erosion on the Thruster Performance of a Laboratory Model Hall Thruster2012

    • Author(s)
      S.cho, Y.Arakawa, et al
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2012
    • Place of Presentation
      Xi'an, China
    • Year and Date
      2012-03-02
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場形状によるホールスラスタの推進性能と寿命の改善に関する数値解析2012

    • Author(s)
      張科寅, 荒川義博, 他
    • Organizer
      平成23年度宇宙輸送シンポジウム
    • Place of Presentation
      相模原,日本
    • Year and Date
      2012-01-20
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 粒子法を用いた小型ホールスラスタの放電シミュレーション2011

    • Author(s)
      張科寅, 横田茂, 荒川義博, 他
    • Organizer
      第55回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      松山,日本
    • Year and Date
      2011-11-30
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 多層コーティング法における成膜BNのキセノンイオンに対するスパッタリング特性について2011

    • Author(s)
      細田誠也, 張科寅, 荒川義博, 他
    • Organizer
      第55回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      松山,日本
    • Year and Date
      2011-11-30
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental and Numerical Study on a Hall Thruster Insulator Erosion2011

    • Author(s)
      S.cho, S.Yokota, Y.Arakawa, et al
    • Organizer
      32nd International Electric Propulsion Conference
    • Place of Presentation
      Wiesbaden, Germany
    • Year and Date
      2011-09-15
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Channel Wall Erosion Modeling of a SPT-type Hall Thruster2011

    • Author(s)
      S.cho, S.Yokota, Y.Arakawa, et al
    • Organizer
      The 28th International Symposium on Space Technology and Science
    • Place of Presentation
      沖縄,日本
    • Year and Date
      2011-06-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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