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直流アークジェット推進機排出プラズマ流の構造と宇宙機との干渉現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 13450398
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 航空宇宙工学
研究機関大阪大学

研究代表者

田原 弘一  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (20207210)

研究分担者 尾上 憲一  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (70029429)
吉川 孝雄  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (00029498)
安井 利明  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (10263229)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
13,200千円 (直接経費: 13,200千円)
2002年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2001年度: 9,300千円 (直接経費: 9,300千円)
キーワードアークジェット推進機 / 宇宙推進 / 電気推進 / プラズマ流 / プラズマ環境 / 宇宙飛翔体環境 / コンタミネーション / プラズマ診断 / プラズマプリューム / 直流放電 / 噴出流 / プラズマ・宇宙機干渉
研究概要

本研究では、放電室内部を可視化できる、10kW級直流アークプラズマジェット推進機を製作し、作動ガスとしてアンモニア、窒素/水素混合ガスを用いてダイバージェントノズル内部と下流プルーム部からのプラズマ放射光の分光測定と探針測定を行った。各種粒子の励起特性温度と電子密度を求め、そのプラズマ状態を熱力学的観点から検討した。典型的な作動条件の時、作動ガスはコンストリクタ内で10000K程度まで高温に加熱された後(ほとんど温度平衡状態)、ノズル内で超音速膨張により、その温度は急激に低下していった。窒素分子の回転温度と水素原子の電子励起特性温度はノズル出口でそれぞれ1000-1500K,4000K程度まで減少した。しかしながら、NHラジカルの回転温度の低下は小さくノズル出口で8000K程度であった。ノズル内では極度に熱力学的非平衡状態にあることが予想される。また、電子密度はスロート内では10^<16>cm^<-3>のオーダーで高密度であったが、ノズル内では激減し10^<14>cm^<-3>程度になった。アンモニア及び窒素/水素混合ガスを用いた時、プルーム部では窒素分子の回転温度と振動温度は両ガス共にノズルを出た直後からほぼ一定となった。電子温度はノズル出口近傍でやや減少した。NHラジカルの回転温度は両ガス共にノズル近傍では約8000-9000Kでほぼ一定で高い値を維持していたが、アンモニアを用いた場合は50mm付近から低下していった。以上のようにNHラジカルの回転温度はガスの種類によりその特性が大きく異なるが、その原因の詳細はまだ不明である。さらに、平板を下流ジェット内に設置した場合、各種温度は基板直前である一つの温度に近づき、熱力学的平衡状態に近づいていくことがわかった。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near Substrate Plasma Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet for Nitriding under a Low Pressure Environment"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. 1. 205-210 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tsuji Shibata et al.: "Plasma Flow Characteristics of Electromagnetic Acceleration Plasma Jet Generator for Titanium-Nitride Reactive Spray Coatings"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. 6. 2219-2224 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma Plume Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet for Nitriding under a Low Pressure Environment"Advances in Applied Plasma Science. 3. 35-40 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Exhaust Plume Characteristics of Quasr Steady MPD Thrusters"27th Int. Electric Propulsion Conf. 1. 1-9 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 白崎 篤司 他: "基板に衝突する希薄流のモンテカルロシミュレーション"プラズマ応用科学. 9. 9-16 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma Characteristics of a 10-kw-Class DC Arcjet"Proc. 23rd Int. Symp. Space Tech. and Sci.. 2002-b-35p. 407-412 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near-Substrate Plasma Characteristics and Relationships between Heat Fluxes of DC Plasma Jet and Them"Proc. Int. Thermal Spray Conf.. 1. 771-776 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma and Heat Flux Characteristics of a Supersonic Ammonia or Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet"IEEE Trans. Plasma Science. 4(印刷中). (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Material Spraying Llsiing Electromagnetically Accelerated Plasma"Japanese Journal of Appl.Phys.. 4(印刷中). (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near-Substrate Plasma Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet for Nitriding under a Low Pressure Environment"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. Vol.1. 205-2l0 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TeTsuji Shibata et al.: "Plasma Flow Characteristics of Electromagnetic Acceleration Plasma Jet Generator for Titanium-Nitride Reactive Spray Coatings"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. Vol.1. 205-210 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma Plume Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma jet Generator for Nitriding under a Low Pressure Environment"Advances in Appl. Plasma Sci.. Vol.3. 35-40 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Exhaust Plume Characteristics of Quasi-Steady MPD Thrusters"27th Int. Electric Propulsion Conf.. 1-9 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma Characteristics of a 10-kW-Class DC Arcjet"Proc. 23rd Int. Symp. Space Tech. and Sci.. 2002-b-35p. 407-412 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near-Substrate Plasma Characteristics And Relationships between Heat Fluxes of DC Plasma Jet and Them"Proc. Int. Thermal Spray Conf.. Vol.1. 771-776 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma and Heat Fluxes Characteristics of a Supersonic Ammonia or Nitrogen-Mixture DC Plasma Jet"IEEE Trans. Plasma, Sci.. in press. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Material Spraying Using Electromagnetically Accelerated Plasma"Jpn. J. Appl. Phys.. in press. (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Thahara et al.: "Plasma Characteristics of a 10-KW-Class DC Arcjet"Proc. 23rd Int. Symp. Space Tech. and Sci.. 2002-b-35p. 407-412 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near-Substrate Plasma Characteristics and Relationships between Heat Fluxes of DC Plasma Jet"Proc. Int. Thermal Spray Conf. (ITSC 2002). Vol.1. 771-776 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma and Heat Flux Characteristics of a Supersonic Ammonia or Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet"IEEE Trans. Plasma Science. 4月号(印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Material Spraying Using Electromagnetically Accelerated Plasma"Japanese Journal of Appl. Phys.. 4月号(印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Near-Substrate Plasma Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet for Nitriding under a low Pressure environment"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. 1. 205-210 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Tetsuji Shibata et al.: "Plasma Flow Characteristics of Electromagnetic Acceleration Plasma Jet Generators for Titanium-Nitride Reactive Spray Coatings"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. 6. 2219-2224 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Yasutaka Ando et al.: "Study on Nitriding of Aluminium by Supersonic Expanding Nitrogen Plasma Jets"Proc. 15th Int. Symp. Plasma Chemistry. 6. 2511-2514 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Plasma Plume Characteristics of a Supersonic Ammonia and Nitrogen/Hydrogen-Mixture DC Plasma Jet for Nitriding under a low Pressure Environment"Advances in Applied Plasma Science (ISAPS'01). 3. 35-40 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Tahara et al.: "Exhaust Plume Characteristics of Quasi-Steady MPD Thrusters"27th Int. Electric Propulsion Conf.. 1. 1-9 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 白崎篤司 他: "基板に衝突する希薄流のモンテカルロシミュレーション"プラズマ応用科学. 9. 9-16 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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