MPDアークジェット内非平衡流れの数値シミュレーションとその実験的検証

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07651128
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 木村 逸郎 東海大学, 工学部, 教授 (20010697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 講師 (30256169)
• Keywords: 電気推進 / MPDアークジェット / 非平衡流れ / 数値シミュレーション / 分子分光分析 / 陽極形状 / コンストリクタ

Research Abstract

一次元モデルに基づくMPDアークジェットの基本的特性の数値解析、アーク放電生成ガスに対するコンストリクタの影響に関する実験、MPDアークジェットの性能に及ぼす陽極形状の影響に関する実験を行った。
アルゴンと水素を推進剤に使用した場合のスラスター内の流れ場を、非平衡解離、電離過程を考慮して解析し、実験結果と定性的に一致する次の結果を得た。
1)アルゴンでは電流が入口と出口付近に集中し、水素では電流が出口付近に専ら集中する。
2)電気伝導度の電子温度依存性は、アルゴンの場合はその3/2乗に比例し、水素の場合はその平方根に逆比例すると評価できる。
3)スラスターの作動状態は特性速度と入口マッハ数に強く依存する、特性エネルギーもそれに対し重要なパラメーターである。
4)輻射損失は壁面における吸収率、反射率に依存し、排出ガスの速度を減少させるが、単原子ガス、分子ガスの場合の電流分布の特徴はそれにより変化することはない。
透明石英ガラス製コンストリクタを用い、その直径及び長さにより窒素を作動ガスとするアークジェットの特性はいかに変化するかを分光分析により調べ、次の結果を得た。
1)窒素分子の電子、振動、回転励起温度は平衡状態にあると見なし得る。
2)コンストリクタの長さ、直径が小さいほどアークジェットの高性能化につながる。ただし、直径が小さすぎると放電が成立しない。
3)ガス圧力変化よりも、コンストリクタサイズがプラズマ温度、噴射ガス熱量に影響する。
陽極形状がMPDアークジェットの性能に及ぼす影響を調べるために、ノズル型、フレア型、ストレート型の三種類の陽極について、またその半径方向のサイズを1/2にしたものについて実験を行った。アルゴンを用いた実験では、半径方向サイズの小さいフレア型で流量の小さいときに比較的高い推進効率が得られた。

Research Products

• [Publications] 堀澤秀之: "プラズマジェットにおけるコンストリクタサイズの最適化に関する研究" 日本機械学会第74期全国大会講演論文集(III). No.96-15. 365-366 (1996)
• [Publications] 堀澤秀之: "プラズマジェットにおけるアーク・コンストリクタ・サイズに関する研究" 日本機械学会第74期通常総会講演会講演論文集(III). (発表予定). (1997)
• [Publications] 宮岡和城: "プラズマジェットにおけるコンストリクタサイズの最適化" 1997年度精密工学会春季大会学術講演会. (発表予定). (1997)