外部磁場をもつMPD(電磁プラズマ加速)推進機の放電・加速機構の研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452112
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉川 孝雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (00029498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田原 弘一 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (20207210) ; 椿下 庸二 大阪大学, 基礎工学部, 講師 (00116063) ; 尾上 憲一 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (70029429)
• Keywords: MPD推進機 / 電磁気力 / プラズマ / 放電機構 / 加速機構 / 外部磁場

Research Abstract

使用した準定常MPD推進機は最大62kJ蓄えることができるLC梯子回路(PFN)により駆動された。このPFNは0.6msecの間、最大27kAの電流を供給することができる。直径0.6m、長さ5.5mの真空タンクは実験前に2×10^<-3>Pa以下に排気された。外部磁場印加用のソレノイドコイルは放電回路に直列に組み込まれるか、もしくは主放電用PFNとは独立した補助PFNに接続された。その磁場強さはコイルの中央で最大0.5Teslaである。作動ガス流量は理論臨界電流が約10kAになるように設定された。
軸方向外部磁場の形状・強さを変化させ、推進性能を測定した結果、H_2とNH_3ガスそれぞれに最も高い性能が得られる外部磁場が存在した。Arの場合は外部磁場印加による推進特性の改善はほとんど見られなかった。また、繰り返し作動実験の結果より、ガス種によって電極に流入する熱量は大きく異なり、その熱特性は推進効率特性とよく一致した。磁気探針測定による放電室内の空間三方向の電流密度分布から、外部磁場が強くなるにしたがって放電電流路が放電室内上流域に移行していくことがわかった。最適磁場の印加時は、主放電領域が磁場コイルの直下に位置していた。この結果は、可視化MPD推進機を用いた放電室内の観察においても確認された。また、周方向電流密度分布からホール加速力を見積もると、それは全推力の1%以下となり、ホール加速は推力に寄与しないことがわかった。さらに、放電室下流域の電子温度とイオン数密度を静電三探針法で測定した結果、外部磁場を印加するとイオン数密度は外部磁場の有無によりほとんど変わらないが、電子温度は1eV程度高くなり、効率良い加熱が行われていることが推定された。