| 研究課題/領域番号 |
23560962
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| 研究機関 | 西日本工業大学 |
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研究代表者 |
鷹尾 良行 西日本工業大学, 工学部, 教授 (60206711)
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| キーワード | 推進・エンジン / 航空宇宙工学 / ロケット / 宇宙推進 / イオンエンジン / マイクロ波放電 |
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| 研究概要 |
マイクロ波放電型イオンエンジンは、ECR（電子サイクロトロン共鳴）現象でマイクロ波により推進剤をプラズマ化し、そのプラズマ中のイオンを静電グリッドで引出して放出することにより推力を発生する。この生成プラズマの形状は、背景磁場とECR領域の位置により決定され、静電グリットとの幾何学的な位置関係により、推進効率に大きく影響を与える。マイクロ波によるプラズマの点火性を向上するためには、マイクロ波放出用アンテナの近傍の強電界領域にECR領域を生成することが有効であるが、高密度プラズマ領域が小さくなるためにイオンエンジンの性能上不利である。本研究では、マイクロ波放電型イオンエンジンの放電室内部の生成プラズマを、背景磁場配位を動的に変化させることにより、プラズマ点火とイオン引出し時の磁場形状を変化させ、高性能イオンエンジンを開発することを目的としている。
本年度は、これまでの磁石設置位置の変化による放電室内の地場形状の計算結果およびイオンエンジン構造設計を基に、5cm級のマイクロ波放電型イオンエンジンをベースとした可変磁場型イオンエンジンを作製した。本装置に対して以下の実験により性能を評価した。①可変磁石駆動によるプラズマ点火実験、②推進剤（Xeガス）流量0.4～1.5sccm，マイクロ波入力電力8～20W，イオン引出し電圧1500Vで、可変磁石を移動し磁場配位を変化させたイオン引出し実験。①の実験では、アンテナ近傍に可変磁石を移動することにより、Xe流量1sccm程度でもプラズマが点火した。点火性能の向上は達成された。②の実験では、磁石移動によるプラズマ伸展が見られず、イオン引出し性能向上のために一部装置の改造が必要である事が分かった。本年度は、背景磁場の変更を行い、更に実験データを蓄積する。また、静電グリッドの一部変更も行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本年度は、これまでの放電室内磁石位置による背景磁場形状の計算結果およびそれに基づく構造設計から、5cm級イオンエンジンをベースとした可変磁場型マイクロ波放電型イオンエンジンを作製した。本、イオンエンジンを用いて、プラズマ点火性能実験およびイオン引出し実験により性能を評価した。その結果、放電室内磁場配意の見直し、引出しグリッドの最適化などが性能向上のために必要であることがわかった。なお、研究が遅れている理由は、実験の際に、主要部分であるマイクロ波電源および電送系に放電で損傷が生じ、修理に時間を要したためである。
可変磁場型マイクロ波放電型イオンエンジンのンの実験結果については一部、学会で公表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度までの研究成果を基に背景磁場を変化させることが出来るマイクロ波放電型イオンエンジンの研究を以下の方策にて推進する。以下の研究遂行は、主に研究代表者および学部学生3名にて実施する。
（1）イオンエンジンの改造： ①イオンエンジン筐体部分の後部磁石用ヨークの改造を行い、生成プラズマの磁石移動による伸展を試み、エンジン性能を向上させる。本製作には、本校の技術センターおよび専門の教員の協力を得る。
（2）磁石移動システムの精度向上：本年度作製した磁石移動システムは、リニアアクチュエータを用い、可変抵抗位置により磁石の移動量を検出する構造である。本装置の構造上のバックラッシュを低減し、磁石設置位置の制度を向上する。
（3）イオンエンジンの性能試験： 改造したイオンエンジンの性能試験を再度行う。また、イオンエンジンとしての性能を向上するために静電グリッドの改良を行う。
（4）成果をまとめ国内外の学会で発表する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
背景磁場可変型イオンエンジンの実験装置を完成し性能試験を行ったが、主要部分であるマイクロ波電源および電送系に、実験中の放電で損傷が生じ、修理に時間を要し、研究の完遂に支障をきたした。また、実験から装置の一部に改造の必要性を見出し、再設計を行っている。そこで、研究を更に進め、完成させるために研究期間を延長し、実験完遂のために一部研究費を次年度に繰り越すこととなった。
研究費は、実験装置の改良費用（磁石設置ヨークの改良およびイオン引出しグリッドの改良）および実験のための消耗品（マイクロ波導入用機器等）の購入、支払いに使用する。また、一部を最終的な研究成果の発表旅費に使用する。
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