研究課題
回転電界を用いた無電極プラズマ加速法として提案している回転電界を用いたリサージュ加速法について、宇宙推進機への応用を目指して技術実証に取り組んでいる。本年度は、小型な実験機を用いた推力計測実験と数値計算を用いた理論推力モデルのパラメータサーベイを行った。更に、理論推力モデルの結果を基にした新たなスラスタを設計製作し、基本推進性能を確認する実験を行った。追加の高周波パワーがスラスタの推進特性に与える影響を調査するために、小型なスラスタを模擬した実験装置を用いて様々な運転条件における電磁推力とプラズマ流の空間分布を計測した。加速用の追加の高周波を投入する前に、運転条件を変化させて小型スラスタの電磁推力を計測することで、様々なプラズマ生成用高周波パワーや推進剤流量に対してスラスタが発生する電磁推力の基本的な特性を明らかにした。次に、小型なスラスタに対して追加の高周波パワーを投入した条件での電磁推力計測を行ったが、追加の高周波パワーによる電磁推力の変化は確認されなかった。本実験で取得したプラズマ流の空間分布や電界分布の数値シミュレーション結果を用いて、これまで使用してきた理論推力モデルをより洗練させることに成功した。この理論推力モデルを使用したパラメータサーベイにより、リサージュ加速法の性能を改善する運転パラメータを明らかにした。本年度の後半は、これまでの実験や理論解析の結果を基にした新たなスラスタを設計製作し、より高い性能を持ったスラスタの開発を行い、追加のプラズマ加速を行う前の基本的な推進性能の確認を行った。
2: おおむね順調に進展している
小型な実験機による実験と, 様々な数値解析, さらにそれらの知見を統合して再構築された理論解析をそれぞれ比較しながら研究を進めることで、リサージュ加速で重要となる物理現象を明らかにし、更にスラスタの設計や運転パラメータ関する性能改善に向けた新たな知見を得ている。
理論解析結果を基にした新たなスラスタについて、様々な運転条件における基本的な推進性能をすべて調査したうえで、追加のプラズマ加速方法について実証実験を行い、理論推力モデルとの定量的な比較を行う。これまでは推進特性の評価においてスラスタが発生する推力の一部(電磁推力)のみに着目して計測を行ってきたが、スラスタ全体性能を評価するためにはスラスタが発生する全推力の計測が必要不可欠である。全推力の計測はこれまで使用してきた実験系に小変更を行うことで対応する。
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Transactions of the Japan Society for Aeronautica 1 and Space Science, Aerospace Technology Japan
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