レーザー推進における部分電離プラズマの非平衡輻射流体計算

激光推进中部分电离等离子体的非平衡辐射流体计算

• 批准号: 17760128
• 负责人: 大西 直文
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760128/
• 关键词: レーザー推進; 数値流体力学; 輻射流体力学; 非平衡プラズマ

本年度の研究では,準定常状態を仮定した輻射の放射・吸収,およびその原子状態から電離度等の気体の状態量を計算するコードを開発し,レーザーの屈折・吸収計算とともに流体計算と結合することでレーザー駆動管内加速装置(LITA)におけるプラズマの生成,およびそれによるブラスト波の形成過程を再現することに成功した。まず,現在のLITAの実験は不活性な単原子気体を用いているので,既存のコードでエネルギー準位やレート係数を計算し,それをもとに準定常状態を仮定した各エネルギー状態の存在確率を計算した.輻射計算で得られる放射率を流体との結合計算に利用するために,広範囲の密度・温度に対応するようにテーブル化した.また,本年度の結合計算に組み込むことはできなかったが,三次元の輻射輸送計算を効率的に解くための手法についても調査を行い,宇宙機が大気圏突入時に経験する輻射流れ場に対して適用した.開発した輻射流体コードを用いてLITAの基礎実験に対応した数値シミュレーションを行い,実験データとの比較を行った.その結果,実験で得られている衝撃波の伝搬速度や,プラズマの生成過程の様子をよく再現することができた.さらに,発光スペクトルの比較を行ったが,こちらに関してはまだ完全に一致しておらず,非平衡なプラズマの状態を記述するための計算手法に課題を残した.これに関しては現在,プラズマの非定常な状態を時間依存のレート方程式を解くことで再現することを試みている.さらに,効率的なレーザー推進システムの運用を目指して,レーザーエネルギーからいかに効率良く推進力を得るかについても調査を行った.その結果,得られる推進力は飛翔体の形状や,充填圧力に依存し,最適な条件があることがわかった.また,その傾向は実験で示唆されているものとも一致し,実験では不明瞭であった最適条件の存在を支持する結果が得られた.

This year's research is aimed at the development of quasi-steady state calculations of radiation and absorption, atomic states, ionization, etc., and the successful reproduction of fluid calculations in conjunction with the generation of linear acceleration devices (LITA). In addition, in the present case, the LITA is not active in the single atomic state, and in the present case, the existence accuracy of the existing state is calculated by calculating the quasi-steady state coefficient. Radiation calculations are based on the density and temperature of the fluid. This year's combined calculation method is applied to the calculation of the efficiency of three-dimensional radiation transport. The development of radiation fluid in the use of LITA's basic implementation of the value of the project, implementation of the project As a result, the velocity of shock wave propagation is obtained, and the velocity of shock wave propagation is reproduced. In this case, the calculation method is still incomplete. The time-dependent equation is solved in the case of the unsteady state. In addition, the use of effective propulsion systems is directed to the development of effective propulsion systems. The results show that the propulsion force depends on the shape of the flying body and the filling pressure, and the optimum conditions are obtained. The tendency of the two sides to be consistent is not clear, and the optimal conditions exist.