Electric Propulsion Propellant Flow Measurements for Spacecraft Environmental Test

用于航天器环境测试的电推进推进剂流量测量

• 批准号: 22K04547
• 负责人: 中山 宜典
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04547/
• 关键词: 宇宙推進工学; 電気推進; 推進剤; 希薄気体; 真空工学; 流体計測; 地上試験装置

【研究目的】電気推進機の開発評価に必要な地上試験装置（宇宙環境模擬装置、真空槽）内における推進剤流れは希薄で電荷をもたないため計測が難しく、流れに影響を与える地上試験装置壁面上の反射現象評価も不足している。また数値解析コードを援用したくてもその解妥当性評価に資する知見データがほとんどない。本研究の目的は自主開発の希薄計測器群を用いて様々な条件下における推進剤流れおよび反射現象を計測評価して知見データを取得し、電気推進機を搭載した宇宙機の環境試験に資するよう、妥当な試験方法提案・性能差異推定につなげることである。【初年度成果】自主開発の希薄計測器４種（Ｓ・Ｐ・Ｃ・Ｄ型）のうち、Ｐ型を用いて真空槽内の多点計測を行い、取得した希薄動圧分布はＳ型による計測結果とほぼ同じであり相互補完できること、従来検証ができなかった複数の希薄動圧要因を分別して推定できること、希薄動圧と希薄静圧の同時計測ができることがわかり、Ｐ型の有意性が確かめられた。Ｃ型の小型化（容量比約半分）に成功し、希薄動圧計測の有意性向上を達成した。これらにより電気推進機推進剤流れを評価する手法（計測器４種の妥当な利用方法）についての知見を得た。また、これらの成果を受けて反射現象を計測評価するための器材を選定導入し、それらの機能を確認した。これらの成果を国際会議講演２件（うち１件は招待講演）、国内会議講演２件、学会誌解説記事１件として発表した。なお本研究の意義・実績をもとに、他機関真空槽内の希薄流計測が認められた（第２年度以降実施予定）。

[Purpose] The development evaluation of electric propulsion engine is necessary for ground test equipment (space environment simulation equipment, vacuum tank). The flow of propulsion agent is difficult to measure and reflect on the wall surface of ground test equipment. The data analysis method is used to analyze the data and evaluate the data. The purpose of this study is to evaluate the propulsive flow and reflection phenomena under the conditions of autonomous development of thin measurement instruments, to obtain information on the environmental test of electric propulsion machines, and to propose appropriate test methods for estimating performance differences. [Initial results] 4 types of self-developed thin gauge (S·P·C·D type) Multi-point measurement in vacuum chamber to obtain dynamic pressure distribution and S type measurement results. Complementary to each other. Multiple dynamic pressure factors are estimated separately. Dynamic pressure and static pressure are measured simultaneously. Intentionality of P type is confirmed. The miniaturization of the C type (capacity ratio of about half) has been successfully achieved, and the intention of thin dynamic pressure measurement has been achieved. The method of evaluating the flow of electric propulsion (4 proper methods of using the meter) is to obtain the knowledge of the flow. The results of the evaluation of the reflection phenomenon are selected and the functions are confirmed. 2 lectures at international conferences (1 lecture at reception), 2 lectures at domestic conferences, 1 lecture at academic journals The significance of this study is to measure the flow rate in the vacuum chamber of other institutions (determined by the second year).