| 研究課題/領域番号 |
20H02346
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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 | 芝浦工業大学 (2022-2023)
東京大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
川嶋 嶺 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80794429)
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| 研究分担者 |
小泉 宏之 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40361505)
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
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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 |
15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
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| キーワード | ホールスラスタ / 電気推進 / プラズマ / 放電制御 / 数値流体力学 / プラズマ乱流 / ホローカソード / 水 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
アノードレイヤ型ホールスラスタは、日本独自で開発が続けられてきたイオン推進機であり、コンパクトな機体で高密度プラズマを生成し大推力を生むという特長がある。本研究では、様々な時間的・空間的スケールでのプラズマ流れの解析や、真空設備内ガス流れの解析を連成させた数値シミュレーションにより、ホールスラスタの地上実験を包括的に再現するデジタルツインを創成する。さらに開発されたデジタルツインを活用して、人工的乱れの付加による電子異常輸送の発生領域を制御する方法を探求する。研究終盤では、電子異常輸送の制御法を用いて、無限寿命かつ高効率なアノードレイヤ型ホールスラスタの数値設計を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高密度イオン推進機であるホールスラスタの地上実験を包括的に再現する数値シミュレーションを目指し、重要な物理現象に関する解析モデルを開発した。ホールスラスタ内の周方向プラズマ振動の数値シミュレーションを行い、イオン加速領域下流での渦状構造が電子輸送を促進することを明らかにした。また、プラズマと壁面干渉の解析では、イオン加速領域を制御することで壁面損失イオンを低減できることを示した。これらの点は、ホールスラスタ実験機での人工的な非一様性を与える実験や、イオン加速領域の同定実験によって検証した。推進機に加え、真空試験設備のガス流れ解析も実施し、設備効果の低減へ向けた知見も得られている。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の学術的に重要な成果は、磁化プラズマを利用するイオン推進機において、磁場閉じ込めを阻害する電子異常輸送現象を解析し、現象の原因となるプラズマ不安定性の空間的なスケールを明らかにした点である。この空間的スケールに近い人工的な非一様性を付加することによって、プラズマ不安定性の発生を制御できる可能性を示すことができた。このことは磁化プラズマにおける人工的擾乱を用いた乱流制御という新しい研究領域へと発展するものであり、学術的意義が大きい。加えて、イオン推進機の地上実験を再現するための物理モデルや数値スキームを整備することができた。このシミュレーション技術は宇宙開発の分野に貢献するものである。
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