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

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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.