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

点击翻译按钮获取中文摘要

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．