2021 Fiscal Year Annual Research Report
Conceptual design research of electric aircraft systems using plasma jet propulsion
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19K22014
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
森 浩一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90375121)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気推進 / 高速気流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大気中の高速飛行に適用可能な電気推進として、以下の3種類の電熱型推進機の可能性を検討し、それぞれの推進機性能に大きな影響を及ぼすものと考えられる主要な物理を同定することができた。
(1)多孔質加熱推進：炭素繊維からなる多孔質を電磁波もしくはジュール加熱することで、その内部を通過するガスを高温に加熱する方法について実験を行い、簡易な物理モデルと比較することで、内部流のレイノルズ数が重要なパラメタであることがわかった。
(2)超音速高周波加熱推進：マッハ2.8の超音速噴流の周囲にコイルを配し、このコイルに高周波を印加することで、超音速噴流の内部ならびに周囲にプラズマが発生し、これを可視化することに成功した。境界層を伴わない自由超音速噴流中において誘導結合プラズマを生成した例は、我々の知る限り初めての成果である。可視化の結果として、噴流内部において明るく光るプラズマ領域の発生が確認できた。さらに、噴流中の衝撃波近傍に特に明るい領域が生じていることから、衝撃波がプラズマ生成・加熱に何らかの影響を及ぼすことが示唆された。
(3) 超音速直流加熱推進：マッハ４の超音速噴流中に電極を配し、超音速気流中に直流放電プラズマを生成することに成功した。この場合、電極が流れにさらされているため、放電に伴って生じる明部ならびにシース領域が流れに影響を受け、電極間の小さな領域において局所的な放電発生が確認できた。また、高速度カメラを用いて、電圧の変化によって放電領域の形状およびサイズが大きく変化する様子を可視化することができた。さらに、放電部下流のピトー圧計測を行ったところ、電極すぐ下流ではなく、電極間距離の１０倍程度の距離の下流の領域から、重粒子の加熱を示唆するものと考えられるピトー圧の減少が発生することが確認でき、熱的非平衡なエネルギー変換を生じていることがわかった。
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