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小型衛星打ち上げに向けたレーザー推進機の超音速安定飛行に関する研究

激光推进飞行器超音速稳定飞行小卫星发射研究

基本信息

批准号：
13J05089
负责人：
高橋聖幸
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ビーム推進システムは小型衛星専用の低コスト打ち上げ手法として期待されている．過去の飛行実験では安定飛行性能に問題があり，50 g 機体が 71 m の高度で墜落してしまった．また低圧下ではプラズマのエネルギー吸収率低下と拡散速度増大により推進性能が低下し，飛行を維持出来ない事が推力測定実験から判明している．本研究では，外部磁場を印加する事によって軸方向の推進性能を改善しつつ，安定飛行に必要な横力獲得をも可能にする先進的飛行デバイスの開発を試みる．推進性能改善と安定飛行性能改善とを同時に達成可能なデバイスは存在しないため，確立出来れば画期的である．電子とイオンの運動を追跡する粒子法と電磁波伝播を解析する有限差分時間領域法を結合し，ビーム照射時の電離構造を再現する事に成功した．大気圧下では離散的電離構造が，低圧下では電子拡散が優位となる為に拡散的電離構造が形成される．外部磁場を放電領域に印加した所，プラズマ前縁の伝播速度を制御可能である事を見出すと共に，電子サイクロトロン共鳴加熱を利用する事でエネルギー吸収率を改善出来た．第二高調波電子サイクロトロン共鳴を誘起する場合，電子拡散抑制と電子衝突電離の促進により，低圧においても離散的電離構造が形成される事が明らかとなった．流体計算と結合する事でノズル内部での衝撃波伝播を再現し，推進性能を見積もった．25 GHz ビーム照射に対して 0.9 T を印加する事で電子サイクロトロン共鳴条件を満たして駆動衝撃波を強化し，低圧下でも高い推進性能を維持出来る事が分かった．さらに，電子サイクロトロン共鳴領域をノズル重心部より下方へと配置する事により，回転モーメントの発生を抑制しつつ安定飛行に必要な横力を獲得出来る事が分かった．横力と回転モーメント発生とを分離出来る手法は世界的に見て提案されていない為，非常に意義深いと言える．

A small satellite is expected to be used in the future. In the past, the flight performance of the aircraft was not stable, and the 50 g aircraft fell from a height of 71 m. Low pressure, low absorption, high dispersion, low propulsion performance, flight maintenance, thrust measurement, and identification. This study aims to improve the propulsion performance in the axial direction under the influence of external magnetic field, and to obtain the necessary lateral force for stable flight, so as to test the development of advanced flight equipment. Propulsion performance improvement, stability, stability improvement, stability improvement, stability, stability The particle method of electron motion tracing and the finite difference time domain method of electromagnetic wave propagation are successfully combined. At high pressure, discrete ionization structures are formed, and at low pressure, electron scattering is preferred. The external magnetic field can be used to control the propagation speed of the laser beam, and the electron resonance heating can be used to improve the absorption rate of the laser beam. In the case of the second high-frequency electron resonance, electron scattering suppression and electron collision ionization promotion are carried out, and in the case of low-voltage electron scattering, discrete ionization structures are formed. Fluid calculations combine internal shock wave propagation to reproduce propulsion performance at 25 GHz and electronic resonance conditions to enhance shock wave propagation at 0.9 T. Propulsion performance is maintained at low pressures. In addition, the electronic resonance field is located at the center of gravity, below the center of gravity, and the horizontal force necessary for stable flight is obtained. The horizontal force and the backward force are separated from each other. The method of separation is the proposal of the world. It is very meaningful.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fluid-orbit Coupling Calculation for Flight Analysis of Impulsively Driven Laser Vehicle

脉冲驱动激光飞行器飞行分析的流轨耦合计算

DOI：
10.1088/1742-6596/454/1/012004
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Physics : Conference Series
影响因子：
0
作者：
影山賀昭;高橋聖幸;大西直文;M. Takahashi and N. Ohnishi
通讯作者：
M. Takahashi and N. Ohnishi

Numerical Study of Breakdown Pattern Induced by Intense Microwave under Atmospheric Conditions

大气条件下强微波诱导击穿模式的数值研究

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
影山賀昭;高橋聖幸;大西直文;M. Takahashi and N. Ohnishi;M. Takahashi and N. Ohnishi;M. Takahashi and N. Ohnishi
通讯作者：
M. Takahashi and N. Ohnishi

Ionization Front and Shock Wave Structure in Microwave Propulsion

微波推进中的电离锋和冲击波结构