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.

The basic test of the wind tunnel was carried out by using a 2kW continuous vibration generator and a 1.5kW high frequency power supply. In quartz tubes, the visual effects are generated. Quartz tube diameter of 14mm to 25mm tube half double tube structure, use, small diameter tube flow rate, large diameter tube outlet to generate and maintain LSP The LSP is designed for large diameter tubes with high frequency at 13.56 MHz. The results show that the temperature is 1.8 g/s, the input force is 800W, the LSP is optimized, the reflection of the integrator is minimized, and the maximum temperature is 1kW. The temperature distribution of the second phase is evaluated. The highest temperature is expected to be obtained by focusing on the distribution of light. The heat balance of the heat balance is established. The spatial distribution of CCD intensity is obtained from the equation of CCD intensity. As a result, the semi-directional temperature distribution of LSP is sharply reduced in the center, and induced heating is combined with flattening. Finally, the actual wind tunnel is considered. The diameter of the material is 2mm, and the diameter of the outlet is 10 mm. The semi-directional temperature distribution of LSP is generated in the center, and induced heating is performed in the outer part. The operating conditions are as follows: 1.8 g/s,800W LSP, 0 kW, 1kW, 1 kW, 0 kW As a result, the induced heating rate increased with the increase of high frequency power, reaching a maximum of 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

Generation of Plasma Flows by 2 kW-class Continuous Wave Laser Driven Wind Tunnel

通过 2 kW 级连续波激光驱动风洞产生等离子流

• 发表时间: 2008
• 作者: Matsui;M.;et. al.;新見耕二
• 通讯作者: 新見耕二

Operation Characteristics of Laser Driven Plasma Wind Tunnel

激光驱动等离子体风洞的运行特性

• 发表时间: 2009
• 期刊: Transactions of the JSASS Space Technology Japan Vol. 7
• 作者: Matsui;M.;et.al.
• 通讯作者: et.al.