宇宙用電気推進機のビーム発散と作動不安定に関する研究

空间电力推进飞行器光束发散及运行不稳定性研究

• 批准号: 08751065
• 负责人: 平川 美晴
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tokai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08751065/
• 关键词: 宇宙用電気推進; ホールスラスタ; 粒子シミュレーション; 不安定現象

宇宙用電気推進機の一種であるホールスラスタのプラズマを対象として数値解析を行い,排気ビームの発散やプラズマの不安定現象について調べた.具体的には,電子,イオン,および中性粒子をすべて粒子モデルで扱う粒子シミュレーション(Particle-in-Cell法+モンテカルロ法)を用いた.この結果,ホールスラスタの放電室(プラズマが生成・加速される領域)に印加した外部磁場が放電室よりも下流に染み出していると下流に静電場が形成され,それによってイオンの軌道が影響を受けてビーム発散角が増加することがわかった.この電場は電子とイオンの密度差によって形成されるものであり,電子の挙動が磁場の影響を受けやすいことに起因している.したがって磁場形状を変化させることによってビームの発散角を変えることができると予想される.また,シミュレーションの結果,放電室内に時間的および空間的な(周方向の)プラズマ変動が観察された.更にこの変動によって形成される周方向電界によって電子の軸方向の移動が促進され,放電特性やビームの発散角が影響を受けることがわかった.このような周方向の電子の動きは加速部の壁を構成している絶縁材のエロ-ジョン,ひいてはスラスタの寿命とも関係があると思われるため,今後もさらなる考察が必要である.一方,壁からの二次電子放出によっても電子の陽極方向への移動度が増加することが以前から予想されており,その現象も確認されたが,その影響はプラズマ変動が電子の移動に与える影響よりも小さいこともわかった.静電場の形成によるビーム発散,プラズマ不安定現象などの現象は従来の流体モデルでは取り扱うことができず,本研究によってはじめて解析が可能になったものであり,スラスタの設計に有用な情報が得られたと思われる.

A Kind of Cosmic Electric Propulsion Machine: The Analysis of Numerical Value and the Analysis of Unstable Phenomena of Exhaust and Dispersion. Specifically, electrons, neutral particles, and neutral particles are used in particle systems (Particle-in-Cell method + NeutralCell method). As a result, the electrostatic field in the downstream of the discharge chamber is formed due to the external magnetic field in the discharge chamber (the field of generation and acceleration), and the dispersion angle increases due to the influence of the orbit. This electric field is caused by the density difference between the electrons and the magnetic field, and the electron motion is affected by the magnetic field. The shape of the magnetic field changes. As a result, the time and space in the interior of the room were changed. In addition, the movement of electrons in the axial direction of the electron field in the circumferential direction is promoted, and the dispersion angle of the electron field is affected. The electron motion in the direction of the circle is accelerated by the wall structure of the insulating material. The secondary electron emission from the wall increases the mobility of the electron in the anode direction, and the influence of the secondary electron emission on the electron mobility increases. The formation of electrostatic field, the dispersion of electrostatic field, the instability of electrostatic field, the phenomenon of electrostatic field, the phenomenon, the phenomenon of electrostatic field, the

项目成果

平川 美晴: "粒子モデルを用いた電気推進機プラズマのシミュレーション" 日本航空宇宙学会誌. (未定). (1997)

Miharu Hirakawa：“使用粒子模型模拟电推进等离子体”日本航空航天学会杂志（待定）。

Miharu Hirakawa: "Investigation of Plasma Behavior in a Hall Thruster by a Particle Simulation Method" Proceedings of the 20th International Symposium on Space Technology and Science. (未定). (1997)

Miharu Hirakawa：“通过粒子模拟方法研究霍尔推进器中的等离子体行为”第 20 届国际空间技术与科学研讨会论文集（待定）。

Miharu Hirakawa: "Numerical Simulation of Plasma Particle Behavior in a Hall Thruster" AIAA 96-3195,32nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. (1996)

Miharu Hirakawa：“霍尔推进器中等离子体粒子行为的数值模拟”AIAA 96-3195，第 32 届 AIAA/ASME/SAE/ASEE 联合推进会议。