Development of plasma actuator specialized for nanosecond pulse discharge based on discharge phenomenon

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気体の放電現象を直接的に流体運動に変換できる超薄型デバイスとしてプラズマアクチュエータ(PA)があり，航空機の失速時の揚力回復機構等に期待されている．近年ではPAを駆動する電源としてナノ秒パルス高電圧電源を使用したPAの有効性が報告されている．本研究ではPAの実用化にとって重要なPA電極系の耐久性向上を目的としている．小型無人航空機に搭載可能なバッテリー駆動の小型パルス高電圧電源の開発と，放電現象工学の知見に基づいてパルス放電に特化した電極構造を提案することで，耐久性を備えたPAデバイスの開発を試みる．２０２２年度の実施内容は，（１）2021年度に試作したバッテリー式小型ナノ秒パルス電源を使用した場合のPA電極機構の最適化および（２）回路素子数を減らし，より簡略化した小型パルス高電圧電源の開発である．（１）において，限られたバッテリーのエネルギーを有効にPAに付与するため，誘電体厚さおよびパルス電圧の極性がPAへの投入エネルギーに与える影響を調べた．誘電体厚みについて８０umおよび１６０umの場合で評価した結果，８０umの方が投入エネルギー密度が大きいことが分かった．またパルス電圧の極性は，正極性の方が投入エネルギー密度が大きいことが分かった．（２）において，パルス幅がマイクロ秒のパルス高電圧電源に着目した．近年，マイクロ秒パルス高電圧でのPAにおいてもナノ秒パルス電源と同様に，放電の衝撃波が気流制御を担うことが報告されている．ナノ秒パルス電源に比べ，マイクロ秒パルス電源は素子数を低減できる長所がある．試作電源では，次世代半導体スイッチの高速遮断作用を用いた誘導性パルス発生回路を試作した．本電源において，入力電圧２４ Vに対して波高値３．５ kV，パルス幅１u秒，繰り返し周波数２００ Hzのパルス高電圧の発生を確認した．また，本電源においてPAの点灯を確認した．