2016 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and optimization of plasma interference physics of magnetic-layer type cluster system
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16H04589
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
宮坂 武志 岐阜大学, 工学部, 教授 (60303666)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 推進・エンジン / ロケット / 電気推進 / 航空宇宙流体力学 / プラズマ計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２基マグネチックレイヤ型ヘッドと１基のホローカソードを有するMagnetic-layer SBSシステムについて，プルーム干渉が推力に及ぼす影響について評価を行った。
ここで，２基のヘッドに引加する磁力線の方向を同一としたThe same directionと逆向きに引加したOpposite directionsの２通りの場合について推力測定を行い，Opposite directionsの場合に推力が増加することを確認した。これはプルーム干渉効果の１つであり，この機構を解明することで最適設計指針に関する知見を得ることができると考えている。
本年度では、イオン電流及びビームエネルギーを測定した。また，イオン流束２次元分布からのプルーム発散評価，２次元電位分布を測定した。推力はイオン電流，エネルギー，ビーム発散角に影響を受けるが、イオン電流はThe same directionの場合に高く，推力と逆の結果となった。また、電位分布には違いは観察できるが，ビーム発散角には優位は差はみられなかった。これに対して，イオンビームエネルギーはOpposite directionsの場合に高く，推力の差の主因となっていることをつきとめた。これらの測定により、イオン電流，ビームエネルギーに差がみられることは，プルーム領域における干渉の影響がヘッド加速チャンネル内の電離・加速過程まで及んでいることを示唆しており，電離振動評価からそれを確認した。
また，カソードの軸方向位置を変化させることで、作動に影響を及ぼすことが確認でき，その最適位置の指針の導出も必要であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プルーム特性の測定について、電位分布測定装置の作成により２次元電位分布測定が完了し、またイオン流束についても詳細な２次元分布が得られ、さらにイオンビームエネルギーも評価するなど、当初想定していたものはほぼ完了した。
また、加速チャンネル内の直接測定は未実施であるもののその代替として、放電電流振動特性の評価から、加速チャンネル内電離・加速過程への影響を間接的に見積もることができた。
加えて、ホローカソードの軸方向位置の影響について測定を実施することができ、クラスタシステム開発における要素配置に関する重要な知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度でマグネチックレイヤ型SBSシステムに関するプルームの詳細測定は達成することができた。今後は、加速チャンネル内の直接測定により干渉効果の最適化指針の導出に努める。
また、これまでに成果を基に安定作動領域が狭いがより高効率性が見込まれるアノードレイヤ型ヘッドについても同様にSBS作動時の測定を行い、作動特性、推進性能へのプルーム干渉効果を評価していき、マグネチックレイヤ型との比較検討を行う。
これらの測定結果を基に、数値解析ツールの構築を行い、詳細な干渉物理の解明を進める。
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