| 研究課題/領域番号 |
06555294
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 試験 |
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| 研究分野 |
航空宇宙工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
吉川 孝雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (00029498)
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| 研究分担者 |
森本 進治 石川県播磨重工業(株)技術研究所, 研究者
小林 明 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (70110773)
田原 弘一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (20207210)
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| 研究期間 (年度) |
1994 – 1996
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| 研究課題ステータス |
完了 (1996年度)
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| 配分額 *注記 |
5,100千円 (直接経費: 5,100千円)
1996年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
1995年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
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| キーワード | アークヒ-タ / プラズマ流 / 高エンタルピ流 / 空力加熱 / 再突入 / 耐熱材料 / 高融点材料 / 高エンタルピ流れ |
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| 研究概要 |
大電力アークヒ-タは、高熱エネルギー密度、高活性種密度、高流速等の特徴を有し、空力加熱、プラズマ溶射、熱プラズマCVDなど航空宇宙関連、材料加工関連への応用が進められている。本研究では、準定常作動型1MW級高エンタルピアークヒ-タを設計製作し、その作動特性を調べると共に、生成されたプラズマ流の構造を明らかにした。さらに、空力加熱の予備実験、プラズマ窒化、セラミックコーティングへの応用が行われた。放電電流は3〜10kA、質量流量は1〜10g/secである。プラズマ流の静電プローブによる診断測定を行った結果、中心軸上ノズル出口から5cmのところで電子温度は5eV程度、イオン数密度は10^<16>cm^<-3>のオーダーであった。中心軸上では高温・高密度の高速プラズマ流が生成されていることがわかった。アルゴンプラズマのフロント速度は3〜5.5km/secであり、陰極周りにセラミック材を配置したとき、セラミックスアブレーション粒子の速度は1〜3km/secであった。この値は従来の溶射用プラズマト-チで得られるセラミック粒子の数倍であることがわかった。成膜実験を行った結果、Hv1200以上の高硬度で緻密なセラミック膜が得られた。従来のプラズマジェットプロセスではほとんど報告例のない3kPa以下の低圧下にて窒素プラズマジェットによるチタンの窒化処理を行い、低圧下におけるプラズマジェットプロセスの基礎検討を行った。基材表面の硬さは圧力3kPaの場合がHv約900、30Paの場合がHv約750と、3kPa以下の圧力下においても短時間のプラズマ照射で硬質の窒化層が形成できることがわかった。アークヒ-タ内部の流れ場、および空力加熱の数値シミュレーション法が開発された。数値計算モデルとして、温度非平衡・化学非平衡を考慮し、電子温度と重粒子温度を区別し電離解離反応を導入した。数値計算の結果、内部流れ場ではAr、N_2、N H_3の流れ場が解析され実験結果と比較検討され、定性的にはよく一致することがわかった。
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