| 研究課題/領域番号 |
16106012
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
荒川 義博 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50134490)
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| 研究分担者 |
田原 弘一 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (20207210)
小紫 公也 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (90242825)
山本 直嗣 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助手 (40380711)
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| キーワード | ホール型推進機 / 宇宙推進 / プラズマ / イオンビーム / 放電振動 |
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| 研究概要 |
次世代宇宙推進機として現在最も注目され日欧米で競って研究開発が進められているホール型推進機において、不安定作動の誘発や推進機損傷の要因と考えられる放電振動の原因の解明とその抑制を目的とした研究を行った。
はじめに、イオン生成・加速部における放電振動現象の原因を調べるため、平成16年度設備備品として購入した高速度デジタルフレーミングカメラを用いて、放電電圧、放電電流、推進剤流量等の作動パラメータを変えて、放電の時間的変化を観察した。
また、これに並行して、1次元および2次元の放電振動モデルを構築した。前者の目的は、放電振動の原因を特定することにあり、後者は振動を抑制するためには推進機の物理的形状、磁場形状を含めて、どのような作動環境が適しているかを把握するためである。前者の1次元モデルといっても線形理論を基礎にしたこれまでに構築した微小擾乱解析モデルと異なり、非線形な解析モデルであり、不安定振動の作動領域の特定だけでなく、放電振動の振幅をも算出可能にしたモデルである。2次元モデルについては、個々の電子とイオンの運動を追跡するPIC-DSMC法による数値解析を行うものであり、計算時間は要するが、様々な作動環境に応じて正しい解を与えうるモデルと期待されるものである。これらのモデルを用いて数値計算を実行するため、今年度新たに設備備品として高速並列計算機と大容量並列計算機を購入した。
これまでに得られた結果、特に高速度カメラによる実験結果と1次元解析結果などから、放電振動は、イオン生成・加速部を通過する推進剤中性粒子の局所的枯渇による電離不安定性に起因しているものであると断定した。また、推進機の印加磁束密度を強めていくと放電振動の振幅も大きくなることが、実験、数値解析の両面から確かめることができた。
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