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一次元モデルに基づくMPDアークジェットの基本的特性の数値解析、アーク放電生成ガスに対するコンストリクタの影響に関する実験、MPDアークジェットの性能に及ぼす陽極形状の影響に関する実験を行った。
アルゴンと水素を推進剤に使用した場合のスラスター内の流れ場を、非平衡解離、電離過程を考慮して解析し、実験結果と定性的に一致する次の結果を得た。
1)アルゴンでは電流が入口と出口付近に集中し、水素では電流が出口付近に専ら集中する。
2)電気伝導度の電子温度依存性は、アルゴンの場合はその3/2乗に比例し、水素の場合はその平方根に逆比例すると評価できる。
3)スラスターの作動状態は特性速度と入口マッハ数に強く依存する、特性エネルギーもそれに対し重要なパラメーターである。
4)輻射損失は壁面における吸収率、反射率に依存し、排出ガスの速度を減少させるが、単原子ガス、分子ガスの場合の電流分布の特徴はそれにより変化することはない。
透明石英ガラス製コンストリクタを用い、その直径及び長さにより窒素を作動ガスとするアークジェットの特性がいかに変化するかを分光分析により調べ、次の結果を得た。
1)窒素分子の電子、振動、回転励起温度は平衡状態にあると見なし得る。
2)コンストリクタの長さ、直径が小さいほどアークジェットの高性能化につながる。ただし、直径が小さすぎると放電が成立しない。
3)ガス圧力変化よりも、コンストリクタサイズがプラズマ温度、噴射ガス熱量に影響する。
陽極形状がMPDアークジェットの性能に及ぼす影響を調べるために、ノズル型、フレア型、ストレート型の三種類の陽極について、またその半径方向のサイズを1/2にしたものについて実験を行った。アルゴンを用いた実験では、半径方向サイズの小さいフレア型で流量の小さいときに比較的高い推進効率が得られた。
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