| 研究課題/領域番号 |
23K22949
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01679 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 岐阜大学 |
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研究代表者 |
宮坂 武志 岐阜大学, 工学部, 教授 (60303666)
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| 研究分担者 |
朝原 誠 岐阜大学, 工学部, 准教授 (40633045)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 推進・エンジン / 電気推進 / ロケット / 航空宇宙流体力学 / プラズマ計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大規模宇宙ミッションに不可欠な電気推進機の大電力化としてアノードレイヤ型クラスタシステムの実現を目指し、ヘッド間干渉効果を積極的に活用し推進性能向上・安定作動範囲拡大を図る。多基数下の強干渉場下での効果を２基で評価するためにレーストラック形状ヘッドを導入し、プルーム干渉効果が電離過程に与える機構を計測および解析から明らかにし、最適化に関する知見を得て、コンパクトクラスタシステムの有効性評価を行う。
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| 研究実績の概要 |
レーストラック形状を有するアノードレイヤ型ホールスラスタについて、プルーム干渉効果の評価を実験測定、解析の両面から進めた。実験測定はトリプルプローブによる電子密度、電子温度分布の測定、イオンプローブによる電流密度分布を中心に実施した。その結果、磁場印加方向の組み合わせによりプルーム特性に及ぼす影響として電子温度への影響が表れることが示された。この電子温度の違いが本申請課題の物理解明の中心であるヘッド内の電離・加速過程に及ぼす物理の主要因であることが示唆された。また、この干渉領域が電子特性に及ぼす影響についてはFull-PIC解析コードの構築・解析により、磁場分布の完了形態の違いが電位分布に影響を与え、この電位分布の違いにより電子温度に影響を及ぼしていることが示された。
また、これまでに解析で示したドリフト運動する電子が直線部と半円部で損失量に違いがあることで生じるレーストラック形状ヘッドの非対称性が、実験による測定で得ることができまた。またこの非対称性が通常の円形形状ヘッドと異なり、磁場印加方向の組み合わせに関して複雑な干渉場を生じる可能性があることを示した。
またレーストラックの実用化に向け、そのヘッドの推進性能の向上を目指して改良を行い、磁極構造の変更を行うことにより加速効率の改善が期待でき、その結果として推進効率の向上が見込まれることが示された。このことはレーストラックが単に強干渉効果評価用としてだけでなく、柔軟なクラスタシステムの構築につながる可能性を示しているといえる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
レーストラック形状ヘッドによる干渉効果の物理解明に向け、電位分布を通じた電子温度が主な役割を果たしている、という点について解析・実験からおおむね解明することができ、当初の予定通りおおむね順調に進展している、と判断した。
一方で、電位分布への影響が実験的に直接確認が取れていない点、また作動条件への依存性についての検証が十分ではないと考えているのでその対応が急務であると考えている。
最終年度に予定している実際のクラスタ化への指針については、レーストラックヘッド自体の有用性の検討・特有現象の解明・効率改善指針が得られており、スムーズに提案ができるものと期待している。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．磁場の印加方向の組み合わせの違いについて、電位分布の測定を最優先で実施し、磁場分布の違いが電位分布を通じて逆流電子特性（電子温度）へ影響を与えていることを明らかにする
２．解析により作動条件に対する干渉効果依存性を明らかにする。
３．１と２をもとに、クラスタ化の最適指針を導出する。
４．レーストラックヘッドの積極的な実用化方針を示す。
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