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2007 年度 実績報告書

ホール型推進機の作動安定化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 07J03728
研究機関東京大学

研究代表者

横田 茂  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC2)

キーワードホール型推進機 / 放電振動 / 粒子法 / 並列計算
研究概要

ホール型推進機は内部にプラズマを発生させ、イオンを電気的に加速、排出することで推進力を得る電気推進機のひとつであり、他の電気推進機であるイオンエンジンなどに比べ、構造が単純なため小型化が可能であること、さほど高電圧を使用しないため電源を軽量化できること、イオンによる損耗を受けにくいため長寿命であることなどが長所としてあげられ、次世代の人工衛星のエンジンとして有望である。一方で、推進機内部でプラズマを生成する際に、その電離不安定性のため、放電電流が振動を引き起こし、これが発生する作動領域で作動させることは電源への負荷等より好ましくない。一般に、放電安定化のためには中空形状の陽極を用いるとよいとされるが、そのメカニズムはこれまで明らかにされてこなかった。そこで、本研究では粒子法を用いた数値解析コードを開発し、ホール型推進機の中空陽極内部の観測を行い、その知見をもとに、作動安定化を実現する陽極形状を見出すことにした。
平成19年度は、年次計画にあった通りに数値解析コードの開発を行った。その結果、作動が安定な際は中空陽極内にてプラズマの生成が十分に行われ、陽極表面に正のシースが形成されており、一方で不安定な状態では、陽極外部にてプラズマが主に生成されており、陽極表面では負のシースが形成されることが明らかになった。
この数値解析コードは粒子法を用いているため非常に計算コストがかかり、パラメータを振るのは現実的ではないため、MPIを用いて並列化を行った。この結果、8CPUの並列計算機を用いて計算時間が1/6にまで短縮することが可能となった。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Charge Exchange Ion Number Density Distribution in Hall Thruster Plume2008

    • 著者名/発表者名
      S.Ybkota, D.Sakoh, M.Matsui, K.Komurasaki, Y.Arakawa
    • 雑誌名

      Vacuum (掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a two-dimensional dual pendulum thrust stand for Hall thrusters2007

    • 著者名/発表者名
      N.Nagao, S.Yokota, K.Komurasaki, Y.Arakawa
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 78

      ページ: 115108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge Exchange Ions in a Hall Thruster Plume2007

    • 著者名/発表者名
      Sakoh D., Yokota S., Komurasaki K., Arakawa Y.
    • 雑誌名

      Advances in Applied Plasma Science 6

      ページ: 65-68

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多層コーティングによるホール型推進機の寿命評価法2007

    • 著者名/発表者名
      横田 茂, 福島 靖博, 佐孝 大地, 小紫 公也, 荒川 義博
    • 雑誌名

      プラズマ応用科学 15-1

      ページ: 61-64

    • 査読あり
  • [学会発表] LIF Spectroscopy of a Hall Thruster Plume2008

    • 著者名/発表者名
      M.Lempke, S.Ybkota, M.Matsui, K.Hara, K.Komurasaki, Y.Arakawa
    • 学会等名
      The 15th Annual Meeting of Institute of ApPlied Plasma Sciehce
    • 発表場所
      Dalioan, China
    • 年月日
      20080314-16
  • [学会発表] Numercial Analysis of Anode Sheath Structure Shift in an Anode-layer Type Hall Thruster2008

    • 著者名/発表者名
      S.Ybkota, K.Komurasaki, Y.Arakawa
    • 学会等名
      Asian Joillt Conference on Propulsion and Power
    • 発表場所
      Gyojyu, Korea
    • 年月日
      20080306-08
  • [学会発表] 多層コーティングチップによるホールスラスタの寿命評価法,平成19年度宇宙輸送シンポジウム2008

    • 著者名/発表者名
      月崎 竜堂, 横田 茂, 福島 靖博, 小紫 公也, 荒川 義博, 小林 明
    • 学会等名
      平成19年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部
    • 年月日
      20080100
  • [学会発表] レーザー誘起蛍光法によるホールスラスタ出口付近の速度成分計測2008

    • 著者名/発表者名
      原 健太郎, レンプケマルクス, 横田 茂, 松井 信, 小紫 公也, 荒川 義博
    • 学会等名
      平成19年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部
    • 年月日
      20080100
  • [学会発表] Numerical Analysis of Anode Sheath Structure Transition in an Anode-Layer Type Hall Thruster2007

    • 著者名/発表者名
      S., Yokota, K., Komurasaki, Y, Arakawa
    • 学会等名
      30th International Electric Propulsion Conference
    • 発表場所
      Florence, Italy
    • 年月日
      20070917-20
  • [学会発表] Investigation of Internal Plasma Structure in an Anode-Layer Hall Thruster2007

    • 著者名/発表者名
      N.Takahashi, N.Yamamoto, S.Yokota, K.Komurasaki, H.Nakashima, Y.Arakawa
    • 学会等名
      30th International Electric Propulsion Conference
    • 発表場所
      Florence, Italy
    • 年月日
      20070917-20
  • [学会発表] Development of a Tow-axis Dual Pendulum Thrust Stand for Thrust Vector Measurement of Hall Thrusters2007

    • 著者名/発表者名
      N.Nagao, S.Ybkota, YFukushima, D.Sakoh, K.Komurasaki, Y.Arakawa
    • 学会等名
      30th International Electric Propulsion Conference
    • 発表場所
      Florence, Italy
    • 年月日
      20070917-20
  • [学会発表] Development of a Dual Pendulum Thrust Stand fbr Hall Thrusters2007

    • 著者名/発表者名
      Nagao, N., Ybkota, S., Komurasaki, K, and Arakawa, Y
    • 学会等名
      3rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Populsion Conference & Exibit, AIAA2007-5298
    • 発表場所
      Cincinnati, OH
    • 年月日
      20070700
  • [学会発表] Number Density Distributions of Xenon Atom in Hall Thruster Plumes2007

    • 著者名/発表者名
      Matsui, M., Yokota, S, Sakoh, D., Komurasaki, K., and Arakawa, Y
    • 学会等名
      43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Populsion Conference & Exibit
    • 発表場所
      Cincinnati, OH
    • 年月日
      20070700

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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