Electromagnetic electric propulsion using direct droplet injection for water-propellant all electric system

水推进剂全电系统采用直接液滴喷射的电磁电力推进

• 批准号: 21H01533
• 负责人: 各務 聡
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01533/
• 关键词: 宇宙推進; 電磁加速; MPD; 水推進剤; 電気推進; MPDスラスタ; 大規模宇宙輸送; 水; PPT; 直噴

2022年度の研究目的は，1MWクラスのMPDスラスタにおいて電極形状が放電電流・電圧特性，性能（比推力や推力電力比）に与える影響を評価することである．2021年度までに，ノズルが電極を兼ねるノズルアノード型と，円環状のノズルとセラミックノズルを組み合わせた円環アノード型の二種類を試してきたが，推力電力比や推進効率が低くなった．文献などを精査した結果，気体推進剤MPD推進機のアノードにフレアを設けると，中性粒子とイオンの速度差が大きくなるイオンスリップがおき，性能が低下することが示唆されていた．そこで，従来の気体推進剤MPDの形状に倣い，アノードを円筒型にして実験を行った．セラミックノズル型アノードと円筒型アノードの二種類の試作機を製作し推力測定を行った．放電電力は，2022年度に製作した10 kA級pulse forming network (PFN)で供給したところ，放電電流10 kA，放電電力3MWまでの作動を実証し，大電力作動の可能性を示している．推力測定結果，比推力が最も高くなったのは放電電流10 kAの時であり，そのときの放電電力は両方とも放電電力が約3MWであった．一方で，性能は異なり，セラミックノズル型では比推力が3000秒，推進効率が7.5％，推力が14 Nであったのに対し，円筒型では，比推力が2300秒，推進効率が3％，推力4.5Nとなった．このように，性能はセラミックノズル型で高くなった．また，セラミックノズル型では，理論上，アノードカソードの直径比の増加により電磁推力が大きくなるはずである．しかし，推力測定を行ったところ，比推力や効率が直径比に伴って減少する傾向がみられた．そこで，高速度撮影によりプラズマを観察した結果，直径比が小さい電極では，放電がアノードの端面に付着し，アノード半径は設計よりも大きくなっていた．

2022 research objectives: 1MW of electrode shape, discharge current, voltage characteristics, performance In 2021, the thrust power ratio and the thrust power ratio were evaluated. In 2021, the thrust power ratio and the thrust efficiency were low. The results show that the velocity difference of neutral particles is large and the performance is low. The shape of MPD is imitated by the shape of MPD, and the shape of MPD is imitated by the shape of MPD. Two types of test machines were used to make and measure thrust. In 2022, Li Guodian will produce a 10 kA pulse forming network (PFN) to supply power, and the operation of Li Guodian 3MW with a current of 10 kA will be demonstrated. The possibility of large power operation will be demonstrated. Thrust force measurement results, thrust force is the highest, the current is 10 kA, the power is about 3MW. One side, the performance is different, the specific thrust is 3000 seconds, the propulsion efficiency is 7.5%, the thrust is 14 N, the cylindrical type is different, the specific thrust is 2300 seconds, the propulsion efficiency is 3%, the thrust is 4.5 N. The performance of this kind of equipment is very high. In theory, the increase in the diameter ratio of the electromagnetic thrust force increases the electromagnetic thrust force. Thrust measurement is a tendency to decrease in thrust ratio and diameter ratio. Therefore, when you look at the high-speed imaging, the electrode has a small diameter ratio, the electrode has a large end face, and the radius of the electrode is designed to be large.

项目成果

Performance Evaluation of a Double-Channel TAL-Type Hall Thruster

双通道TAL型霍尔推进器的性能评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Iwatani;Hiroyuki Asada and S. Kawai;岩澤綾子・松井沙耶伽・大和田果歩・小川洸乃・遠藤新;Daisuke Komatsu and Akira Kakami
• 通讯作者: Daisuke Komatsu and Akira Kakami

水を推進剤とする自己誘起磁場型MPDスラスタの電極形状に関する研究

以水为推进剂的自感磁场型MPD推进器电极形状研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 小松 大介;各務 聡
• 通讯作者: 各務 聡

水を推進剤とするMPDスラスタの電極形状が推進性能に与える影響

电极形状对水推进剂MPD推进器推进性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 小松 大介;各務 聡
• 通讯作者: 各務 聡

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