宇宙用電磁加速アークジェットにおける電極近傍でのエネルギー散逸プロセスの解明

空间电磁加速电弧喷射电极附近能量耗散过程的阐明

• 批准号: 07J04084
• 负责人: 中田 大将
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J04084/
• 关键词: MPD; アークジェット; シース電圧; 宇宙輸送; アーク放電; プラズマシース; 電磁流体; 電気推進

平成19年度の活動ではシース降下電圧の挙動を実験的に推定するための実験装置(5ch平行平板MagnetoPlasmaDynamic推進機)を設計・作成し,この装置を用いて「電極間隔接近法」」によりマクロな観点からプラズマシース降下電圧を18Vと決定したが,平成20年度においては,投稿論文の執筆に向けてこれらの実験が行われた背景について検証するため,以下のような実験研究を行った.電極間隔を狭めた際のプラズマ状態が大きく変化していないことを確認すべく,ラングミュアプローブにてプラズマ診断を行った.なお,プローブによるブロッキング効果を考慮した補正式を用いた.この時,電子温度は電極間隔が4mmから2mmに変化した場合でも,2.4-2.7eVの範囲であり,ほとんど変化はなかった,一方で,電子密度に関しては7×10 20/cm3から3×10 21/cm3とやや違いが見られた.しかしながら,電子密度のこの差がシースに及ぼす影響は比較的小さい.電子温度が大きく違わないことにより,プラズマ状態の一貫性が保障された.損耗具合とデータの関連性についても検証を行った.辺や先端部が丸くなってきたものでは,設計値よりも大きな電極間隔を採用することで一貫性が保たれることが分かった.陰極材料がシース降下電圧に与える影響について,ThO2-W,La2O3-W,Y2O3-Wの3種類の電極を用いて比較を行った.各材料の仕事関数については,ある程度信頼出来る文献が入手され,自らこれを取得するための試験装置構築(紫外線ランプ,高速放射温度計)に300万程度を要することから,文献値を参照するものとした.これらの電極材料は既に同軸型電磁加速アークジェットにおいて大きな放電電圧の違いを生むことが申請者らの研究によって明らかとかっているが,シース降下電圧としてはそれほどの大きな違いは見られなかった.このことから,陰極材料が放電電圧を低下せしめる原因は,陰極降下電圧領域にあるのではなく,むしろ,バルクプラズマ部の放電電圧そのものに対してであることが推定された.各陰極材料の損耗量がプラズマ作動ガスに対して占める割合は重量換算で5%以下であるが,ごく僅かな希土類金属蒸気の混入により,シード効果(混入物質の準安定準位を介して,希ガス等の電離が助けられる)等の影響が起こっていると推察された次第である.

The event of 2009 is the estimated voltage reduction device for lowering the voltage of the power supply (5ch parallel flat The plate MagnetoPlasmaDynamic propulsion machine) is designed and manufactured, and the device is used "between the electrodes" "Isolation and proximity method" "によりりマクロな観点からプラズマシース Lower the electric voltage を18Vとdeterminationしたが, Heisei 20 Degree においては, submitted the paper written by に向けてこれらの実験が行われた background について検证するため, the following のような実験 research を行った. Electrode spacing を を め た ji の プ ラ ズ マ status が 大き く変化 し て い な い こ と を confirmation Diagnosisを行った.なお,プローブによるブロッキング effect When considering the actual use of the system, the electronic temperature and the electrode spacing are 4mm and 2mm, and the conditions are different. 2.4-2.7eVの风囲であり,ほとんど変化はなかった,一squareで,electron density に关しては7×10 20/cm3から3×10 21/cm3, the electron density is the same asぼすThe effect is relatively small. The electronic temperature is large and the temperature is consistent. Sex is guaranteed. Loss is related to sex. Loss is related to sex. Maru no くなってきたものでは, the design value is よりも大きなelectrode spacing and the することでconsistency is ensured.れることが分かった. The cathode material がシース lowers the electric pressure and the influence of えるについて,ThO2- W, La2O3-W, Y2O3-W three types of electrodes are used and compared. Each material is used. It's about the number of people, the degree of trust is out, the literature is in hand, the test is in the hands of the teacher験Device Construction (Ultraviolet rays, high-speed radiation thermometer) 3 million degree することから, documentation The value refers to the electromagnetic acceleration electrode material of the electromagnetic accelerator of the coaxial type.おいて大きなDischarge electric pressure のviolation いを生むことがApplicant らのResearch によって明らかとかっているが,シース Lower the power voltage としてはそれほどの大きなviolationいは见られなかった.このことから, The reason why the discharge voltage of the cathode material is low is the reason why the discharge voltage of the cathode is lowered. The area of the cathode voltage is lowered.しろ,バルクプラズマ部の discharge volts そのものに対してであることがESTIMATE された.each shade The amount of material loss is less than 5% when converted into weight. ,ごくonlyかなrare earth metal steamed のmixed により,シード effect (mixed material quasi-stable quasi-position をmediated して, 思ガスのION的がhelp(けられる), ect.’s influence がRISE こっていると inferring された下注である.

项目成果

5ch平行平板MPDを用いた電極降下電圧の推定とその妥当性について

利用5ch平行板MPD估计电极压降及其有效性

• 发表时间: 2008
• 作者: Daisuke Nakata;Kyoichiro Toki;Yukio Shimizu;Ikkoh Funaki;Hitoshi Kuninaka;Yoshihiro Arakawa;斉木吉隆;中田 大将,都木 恭一郎,清水 幸夫,船木 一幸,國中 均,荒川 義博
• 通讯作者: 中田 大将,都木 恭一郎,清水 幸夫,船木 一幸,國中 均,荒川 義博

An Experimental Study of the Electrode Fall Voltage in an MPD Thruster

MPD推进器电极压降的实验研究

• 发表时间: 2007
• 作者: D.Naata;K.Toi;L.Funai;Y.Shimizu;H.Kuninaka and Y.Arakawa
• 通讯作者: H.Kuninaka and Y.Arakawa

Experimental Measurement of Total Sheath Fall Voltage in an MPD Thruster (口頭)

MPD 推进器中总护套电压下降的实验测量（口头）

• 发表时间: 2008
• 作者: Daisuke Nakata;Kyoichiro Toki;Yukio Shimizu;Ikkoh Funaki;Hitoshi Kuninaka;Yoshihiro Arakawa
• 通讯作者: Yoshihiro Arakawa

Total Electrode Fall Measurement in a Parallel-Plate Magnetoplasmadynamic Thruster (口頭)

平行板磁等离子动力推进器中的总电极落差测量（口服）

• 发表时间: 2008
• 作者: Daisuke Nakata;Kyoichiro Toki;Yukio Shimizu;Ikkoh Funaki;Hitoshi Kuninaka;Yoshihiro Arakawa
• 通讯作者: Yoshihiro Arakawa

MPDスラスタにおけるシース降下電圧の推定

MPD 推进器鞘层压降的估算

• 发表时间: 2007
• 作者: Daisuke Nakata;Kyoichiro Toki;Yukio Shimizu;Ikkoh Funaki;Hitoshi Kuninaka;Yoshihiro Arakawa;斉木吉隆;中田 大将,都木 恭一郎,清水 幸夫,船木 一幸,國中 均,荒川 義博;斉木吉隆;中田 大将,都木 恭一郎,清水 幸夫,船木 一幸,國中 均,荒川 義博
• 通讯作者: 中田 大将,都木 恭一郎,清水 幸夫,船木 一幸,國中 均,荒川 義博