準定常電磁プラズマ加速(MPD)アークチャンネル内の流れ場の構造と加速過程

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07651123
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田原 弘一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (20207210)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安井 利明 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (10263229)
• Keywords: MPD推進機 / 電磁加速 / プラズマ流 / プラズマ診断 / 内部流れ

Research Abstract

本研究では、軸方向加速成分であるブロ-イング力に着目する。ブロ-イング力のみが作用する流れ場は、1次元チャンネル流れとなる。数値計算から予想される流れ場の構造と実際の流れ場を比較するために、軸方向加速成分であるブロ-イング力のみを考慮したMPDアークチャンネル(MC-II)を製作し、電流分布と電子温度、電子数密度を測定した。推進剤にはArとN_2を用い、放電時間は約1.2msec、放電電流値は8kAに設定し、流れ場は磁気レイノルズ数によって分類した。
1.陽極、陰極表面上の電流分布とも、電流は下流のセグメントに集中しており、両方の分布を比較すると陰極の方が変化が緩やかであった。また、Rm≧5以上の流れでは数値計算で見られるような電流の集中が上流で観測された。
2.チャンネル内で測定された電子温度は約1.0eVで、計算結果のように入口と出口において温度が上昇しており、電流分布と対応している。これは、電子温度分布はジュール加熱に大きく依存するためである。しかし、計算結果のように急激な温度上昇は見られなかった。
3.電子数密度は測定値、計算結果とも1.0×10^<14>〜5.0×10^<14>cm^<-3>の間に存在し、チャンネル中間位置付近まではほぼ一定で、出口付近で上昇している。この領域では電流が集中しており、電離反応が著しく進行していることが推定される。
数値計算ならびに実験によって得られた物理量を比較すると、チャンネル内のほとんどの領域において定性的な一致がみられた。よって、数値計算からおおよそのプラズマの加速過程を理解することができるものと考えられ、実際の流れ場においても、計算に見れるような入口と出口において2つの加速領域が存在することが予想される。

Research Products

• [Publications] Hirokazu Tahara: "Plasma Features in Quasisteady MPD Chonnels" 24th Int. Electric Propulsion Cont.,Moscow. 95-116. 1-9 (1995)
• [Publications] Hirokazu Tahara: "Plasma Features in a Medium-Power Arcjet" 24th Int.Electric Propulsion Cont.,Moscow. 95-16. 1-10 (1995)
• [Publications] Hirokazu Tahara: "Ceramic Coatings Llsing Quasisteady MPD Arcjets" 24th Int.Electric Propulsion Cont.,Moscow. 95-178. 1-8 (1995)
• [Publications] Hirokazu Tahara: "Effects of Applied Magnetic Fields on Performance of a Quasisteady Magnetoplasmadynomic Arcjet" Journal of Propulsion and Power. 11. 337-341 (1995)