レーザー支持誘導結合プラズマの高エンタルピー風洞への応用と性能評価

激光支持电感耦合等离子体在高焓风洞中的应用及性能评估

• 批准号: 06J09885
• 负责人: 松井 信
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J09885/
• 关键词: レーザープラズマ; 誘導結合プラズマ; 発光分光法; エネルギー変換; 高エンタルピー流体力学; 原子状酸素; レーザー吸収分光; 誘導加熱風洞; アーク風洞; レーザー吸収分光法

レーザー駆動誘導加熱プラズマ風洞の基礎試験本実験では2kW級連続発振二酸化炭素レーザー及び1.5kW級高周波電源を使用した.まず,石英管内でプラズマを生成・維させ可視化試験を行った.石英管は直径14mmと25mmの管を半二重管構造として使用し,小径管によりガス流速を上げ大径小径管出口にLSPを生成・維持する.このLSPに対し大径管外側から周波数13.56MHzの高周波を印可させ誘導加熱を行った.結果,アルゴンガス1.8g/s,入力レーザーパワー800WのLSPに対し,整合器により反射を最小化することで最大で正味1kWの加熱に成功した.次にプラズマの温度分布を評価するため発光分光を行った.まず最も高温になると予想される焦点付近のフトル分布を集光系により取得し,ボルツマンプロットを適用することで温度を推定した.ここで本プラズマは2気圧程度であるた所熱平衡が成り立つと見なした.次にCCDカメラにバンドパスフィルタを装着することでArl852nmライン強度の空間分布を取得ボルツマンプロットで得られた結果及びラレンツの式を用いて温度分布を求めた.その結果,中心で鋭いピークを持つLSPの半向温度分布が誘導加熱の結合により平坦化していることが確認できた最後に実際の風洞を想定し,セラミック材を用いたスロート直径2mm,ノズル出口10mmのコンバージェント/ダイバージェントルを作成し,スロート部生成したLSPに対しノズル外部から高周波を印可することで誘導加熱を行った.作動条件はアルゴンガ1.8g/s,800WのLSPに対し高周波を0から1kWまで変化させプレナム圧を測定し,ソニックフロー法を用いてエネルギー変換効率求めた.その結果,誘導加熱のエネルギー変換効率は高周波電力と共に増加し,最大で14%に達することがわかった.

在该实验中，使用了2级连续振荡二氧化碳激光器和1.5kW级的高频电源的激光驱动感应加热等离子体风洞的基本测试。首先，血浆是生成并内置在石英管中以可视化可视化测试的。石英管使用直径为14毫米和25毫米的管作为半双链管结构，并且通过使用小直径管产生和将LSP维持在大直径管的出口处的LSP来增加气流速度。该LSP从大直径管的外部施加到13.56 MHz的高频以诱导LSP。进行传导加热。结果，通过使用匹配设备最大程度地减少反射，加热了1.8g/s的LSP的最大净1kw和800W的输入激光功率。接下来，进行发射光谱以评估血浆的温度分布。首先，使用光冷凝器获得了焦点附近的FTOR分布，预计将是最热的，并且通过应用玻尔兹曼图估计温度。在这里，血浆的热平衡约为2个atm。接下来，通过将带通滤波器连接到CCD摄像头，获得了ARL 852NM线强度的空间分布。从Boltzmann图和Larenz方程中获得的结果用于确定温度分布。结果，已经证实，通过感应加热耦合，在中心呈尖峰的LSP的半方向温度分布被扁平。最后，假设使用陶瓷材料的实际风洞，将直径为2mm的喉咙直径和10mm喷嘴出口的组合。创建了GENT/DIDERGENT，并通过将高频射频施加到喷嘴外部在喉咙截面中产生的LSP进行，从而进行了感应加热。对于Argonga 1.8G/s，800W LSP的工作条件从0到1 kW，以测量全体压力，并使用声音流量方法确定了能量转换效率。结果，发现感应加热的能量转化效率随着高频功率的增加而增加，最多达到14％。

项目成果

Influence of Laser Intensity on Absorption Line Broadening in Laser Absorption Spectroscopy

激光吸收光谱中激光强度对吸收线展宽的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Applied Physics Vol.100
• 作者: 廣田泰;大須賀穣;久具宏司;武谷雄二;M.Matsui
• 通讯作者: M.Matsui

LIF Spectroscopy of a Hall Thruster Plasma Plume

霍尔推进器等离子体羽流的 LIF 光谱

• 发表时间: 2008
• 期刊: Frontier of Applied Plasma Technology 1
• 作者: 村上;他 4名;村上・河野;村上・河野;M. Matsui;M. Lempke
• 通讯作者: M. Lempke

キャビティエンハンスト吸収分光法によるプラズマトーチ気流診断

使用腔增强吸收光谱进行等离子炬气流诊断

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本航空宇宙学会論文集 55
• 作者: Hirota Y;Osuga Y;Nose E;Koga K;Yoshino O;Hirata T;Yano T;Tsutsumi O;Sakuma S;Muramatsu T;Taketani Y;高柳 大樹
• 通讯作者: 高柳 大樹

Distribution of Unionized Propellant Xenon in a Hall Thruster Plume

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Matsui;Shigeru Yokota;Daichi Sakoh;K. Komurasaki;Y. Arakawa

Enthalpy Distributions of Laser Driven High Enthalpy Wind Tunnel

激光驱动高热函风洞的热函分布

• 发表时间: 2008
• 作者: Matsui;M.;et. al.
• 通讯作者: et. al.