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2011 Fiscal Year Annual Research Report

多層膜コーティングチップによる電気推進機の寿命評価

Research Project

Project/Area Number 21360415
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

荒川 義博  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50134490)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小紫 公也  東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (90242825)
Keywords電気推進機 / ホールスラスタ / イオンエンジン / 寿命評価 / 薄膜コーティング
Research Abstract

本年度は,まず多層膜コーティングプローブによるホールスラスタの壁面損耗量計測を行った.ホールスラスタの3つの作動パラメタである推進剤流量,放電電圧,磁場強度のそれぞれについて,損耗特性を調べ,さらに壁面損耗の空間分布も測定した.また,推力の異なる2つの推進機の損耗特性の違いについても検証した.これらの計測はすべて本手法の,高速,絶対値測定,高空間分解能を兼ね備えるというユニークな特徴を活かしたものである.また,測定法の信頼性向上のため,コーティング膜と通常のセラミック壁面材の結晶構造の違いによる損耗特性の相違の検証を行った.これにより,本計測法の絶対値測定における測定精度を評価することができた.
次に,数値解析による推進機寿命の模擬を行った.前年度まで開発を行なってきたプラズマ粒子シミュレーションコードを用いて,推進機内部のプラズマの状態の変化に伴う損耗量の変化を模擬した.この結果,上記の多層コーティング法による測定結果とよく一致する計算結果が得られた.さらに,計算された壁面損耗率にしたがって,放電室形状の更新を行うことで,放電室壁面が完全に損耗しきる状態まで,推進機寿命の模擬を行った.これにより,多層コーティング法による計測と組み合わせることで,推進機寿命を短時間で評価することが可能になった.実際に本手法を異なる作動条件や推進機設計に適応し,ホールスラスタの長寿命化のためには,強磁場領域を放電室出口付近に集中させること,磁力線の壁面に対する傾斜をなくすこと,などが効果的であることを見出した.また,損耗による放電室形状の変化が推進性能にも影響を与えうることがわかった.これらの知見は通常数千時間にわたる耐久試験を行なってはじめて得られるものであるため,非常に画期的な成果であるといえる.

  • Research Products

    (8 results)

All 2012 2011

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] 多層コーティング法におけるBNスパッタリング特性について2011

    • Author(s)
      細田誠也, 張科寅, 荒川義博, 他
    • Journal Title

      プラズマ応用科学

      Volume: 19-2巻 Pages: 151-154

    • URL

      http://jglobal.jst.go.jp/public/20090422/201202231856621617

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of a 300 W class SPT-type Hall Thruster by Using Multilayer Coating Method and Numerical Simulation2012

    • Author(s)
      S.cho, Y.Arakawa, et al.
    • Organizer
      The 19^<th> Annual Meeting of IAPS
    • Place of Presentation
      Taipei, China
    • Year and Date
      2012-03-11
  • [Presentation] Numerical Analysis of the Impact of Channel Wall Erosion on the Thruster Performance of a Laboratory Model Hall Thruster2012

    • Author(s)
      S.cho, Y.Arakawa, et al.
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2012
    • Place of Presentation
      Xi'an, China
    • Year and Date
      2012-03-02
  • [Presentation] 磁場形状によるホールスラスタの推進性能と寿命の改善に関する数値解析2012

    • Author(s)
      張科寅, 荒川義博, 他
    • Organizer
      平成23年度宇宙輸送シンポジウム
    • Place of Presentation
      相模原,日本
    • Year and Date
      2012-01-20
  • [Presentation] 粒子法を用いた小型ホールスラスタの放電シミュレーション2011

    • Author(s)
      張科寅,横田茂,荒川義博, 他
    • Organizer
      第55回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      松山,日本
    • Year and Date
      20110000
  • [Presentation] 多層コーティング法における成膜BNのキセノンイオンに対するスパッタリング特性について2011

    • Author(s)
      細田誠也,張科寅,荒川義博, 他
    • Organizer
      第55回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      松山,日本
    • Year and Date
      20110000
  • [Presentation] Experimental and Numerical Study on a Hall Thruster Insulator Erosion2011

    • Author(s)
      S.cho, S.Yokota, Y.Arakawa, et al.
    • Organizer
      32^<nd> International Electric Propulsion Conference
    • Place of Presentation
      Wiesbaden, Germany
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] Channel Wall Erosion Modeling of a SPT-type Hall Thruster2011

    • Author(s)
      S.cho, S.Yokota, Y.Arakawa, et al.
    • Organizer
      The 28^<th> International Symposium on Space Technology and Science
    • Place of Presentation
      沖縄,日本
    • Year and Date
      2011-06-07

URL: 

Published: 2013-06-26  

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