スクラムジェット用プラズマト-チの着火・保炎および耐久性能の向上に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555608
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 木村 逸郎 東海大学, 工学部, 教授 (20010697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橘 武史 九州工業大学, 工学部, 助教授 (50179719) ; 堀沢 秀之 東海大学, 工学部, 講師 (30256169)
• Keywords: 超音速燃焼 / プラズマト-チ / スクラムジェット

Research Abstract

(1)化学非平衡型プラズマト-チの最適な放電ヘッド形態の追求
化学非平衡型プラズマト-チとして、化学非平衡状態の放電領域がノズル出口の外部まで吹き出しているものの極限、すなわち風胴の壁面に沿って放電を行わせる形式のアークプラズマを用いて超音速気流中の着火・火炎安定化の実験を行った。アーク放電の軸を流れに平行する方向とし、また上流下流の電極間で壁面より微少流量の気流を噴出しアークを壁面より適当に離すという方式を採用し良好な結果が得られた。
(2)各種ガスの組み合せに対する作動ガス複合化効果の確認
プラズマジェットの作動ガス複合化効果を確認する前段階として、超音速気流中における着火・火炎安定化に対して、単一作動ガス、酸素及び水素、また実用上重要な空気を用いた場合の数値シミュレーションを行った。流れ場のモデルは2次元、壁面垂直噴射とした。3つの分子ガスの中では酸素が着火・保炎能力で最も優れていること、着火・保炎能力にはプラズマジェットへの投入パワーと作動ガス流量、また燃料噴射とプラズマジェット噴射の相対的位置が関係すること、さらに燃焼の促進にはプラズマジェットの噴射による乱流拡散が影響することがわかつた。
(3)小電力における安定作動の追求
高圧の直流電源と適当な安定化抵抗を用い、作動ガスがアルゴン、窒素の場合に数十Wの投入電力で安定かつ高温のプラズマジェットを発生させることが出来た。プラズマジェットの中心部の温度は、分光測定によりアルゴンの場合4000 K、窒素の場合5000 K程度の値が得られている。

Research Products

• [Publications] T. Tachibana: "A Dnal Solid Propellant Thruster Controlled by Acc Discharges" AIAA Joint Propnlsion Conference and Txhibit. 31:95-2872. 1-8 (1995)
• [Publications] 堀沢秀之: "低電力プラズマジェットの開発および性能評価に関する研究" 日本機械学会全国大会講演論文集(III). 95. 274-275 (1995)
• [Publications] 加藤亮一: "高速気流中におけるプラズマジェットによる着火・保炎の数値解析" 形空原動機・宇宙接近講演会講演集(日本形空宇宙学会). 36. 243-248 (1996)