ホール型電気推進機の安定作動システム研究

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ホールスラスタ作動時に観察される放電電流振動の抑制、推進性能の高効率化の観点から流入条件の最適化研究を進めてきた。以下に本研究により得られた知見を示す:1.ホールスラスタ3号機の設計・製作とオリフィス依存性の検討:これまでの2号機に比べ様々な流入部形状の設定が容易なホールスラスタ3号機の製作を行った。3号機を用いて、流入部形状、特にオリフィス断面形状を変化させ放電振動振幅、推進性能への影響を評価した。その結果、加速チャンネル側オリフィス径を大きくとったDivergent-Typeオリフィスの場合に最も放電振動振幅が抑えられ、逆にプレナム室側オリフィス径を大きくとったConvergent-Typeオリフィスの場合に高推進性能が得られることが分かった。これらの結果は3次元粒子シミュレーションの結果から考察が行われた。2.3次元粒子シミュレーションコードの開発・解析:まず、中性粒子の加速チャンネルへの流入条件が放電電流振動、推進性能に及ぼす効果を評価する自的で中性粒子に対する3次元粒子シミュレーションが行われた。その結果、電離領域における中性粒子分布から、Divergent-Typeオリフィスの場合、中性粒子密度が低く、電離が緩やかになることで振動振幅が抑制され、Convergent-Typeオリフィスの場合には流束分布がチャンネル中央部に強いピークを持ちチャンネル壁へのイオン損失が減少し推進性能が高くなることが分かった。次に、準中性を仮定した簡易模型により電離、イオン加速を考慮したコードに拡張し解析を行った結果、放電電流振動現象を捉えることができた。今後は本解析コードを複雑模型に拡張し、断面以外のオリフィス形状要素等に対する放電振動振幅、推進性能の依存性を評価することにより、放電振動抑制・高推進効率化を同時に達成できるような最適化条件を求めていきたい。