| 研究課題/領域番号 |
20H02344
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小紫 公也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 航空宇宙工学 / プラズマ / 放電 / ミリ波 / ジャイロトロン / エネルギー全般 / 推進 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高エネルギー電磁ビームが空気中に駆動するデトネーション波の物理の解明は，それを利用するレーザー推進，マイクロ波ロケット，長距離ワイヤレス電力伝送などの工学的応用の実現に必要不可欠である．本研究では，大気放電実験用に新たに建設された世界でも特色のある東大ジャイロトロン発振器を使って，極超音速で伝播するミリ波放電駆動デトネーション波を観測し，プラズマ諸量の空間分布を計測することにより，ミリ波放電駆動デトネーション波伝播の物理モデルの構築・検証を行うことを目的とする．得られた知見を将来のマイクロ波ロケットで想定される実スケールの現象に適用可能な３次元計算コードの開発につなげたい．
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| 研究実績の概要 |
ミリ波ビームによって空気中で駆動されるデトネーション波に関する実験と数値シミュレーションを行った。
東京大学にて開発された94 GHz 高出力ミリ波発振器ジャイロトロンを使用した実験では、ミリ波放電によって駆動されるデトネーション波において、微細なプラズマ構造に起因する超音速での放電伝播や振動温度と回転温度の強い非平衡を確認した。また、ジャイロトロン真空管表面への電子スパッタに伴う真空度悪化により電極電圧45 kV, 繰り返し周波数約1 Hzの作動に制限されていたが、真空管予加熱や電圧印加を繰り返して管表面状態を改善し、電極電圧50kVにて、100 マイクロ秒を超え、繰り返し周波数800 Hzを超える連続発振に成功した。この連続発振により、第１パルス放電で生じる高温（電離）残留ガスが後続パルスでのミリ波放電進展速度、生成推力インパルス及び放電構造遷移に与える影響を観測した。
加えて、実験上最も重要なパラメータであるミリ波強度分布について、ミリ波吸収板、感温シートおよびビデオカメラの組み合わせによって、簡便かつ正確に測定する手法を発案し、その開発に成功した。
また、数値シミュレーションでは、微細なプラズマ構造と熱的非平衡の効果を考慮した２次元2温度物理モデルを用い、マイクロ波ロケットの推進性能を予測した。繰り返しパルス運転時の推進性能を最大化する推進器形状の検討を行い、一つの例として、吸気弁を非等間隔に配置することで性能が改善する知見を得た。
これらの成果を生かしてマイクロ波ロケットモデルを設計・開発し、打ち上げ試験を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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