Electromagnetic electric propulsion using direct droplet injection for water-propellant all electric system

水推进剂全电系统采用直接液滴喷射的电磁电力推进

基本信息

批准号：
21H01533
负责人：
各務聡
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01533/
关键词：
宇宙推進電磁加速 MPD 水推進剤電気推進 MPDスラスタ大規模宇宙輸送水 PPT 直噴

项目摘要

2022年度の研究目的は，1MWクラスのMPDスラスタにおいて電極形状が放電電流・電圧特性，性能（比推力や推力電力比）に与える影響を評価することである．2021年度までに，ノズルが電極を兼ねるノズルアノード型と，円環状のノズルとセラミックノズルを組み合わせた円環アノード型の二種類を試してきたが，推力電力比や推進効率が低くなった．文献などを精査した結果，気体推進剤MPD推進機のアノードにフレアを設けると，中性粒子とイオンの速度差が大きくなるイオンスリップがおき，性能が低下することが示唆されていた．そこで，従来の気体推進剤MPDの形状に倣い，アノードを円筒型にして実験を行った．セラミックノズル型アノードと円筒型アノードの二種類の試作機を製作し推力測定を行った．放電電力は，2022年度に製作した10 kA級pulse forming network (PFN)で供給したところ，放電電流10 kA，放電電力3MWまでの作動を実証し，大電力作動の可能性を示している．推力測定結果，比推力が最も高くなったのは放電電流10 kAの時であり，そのときの放電電力は両方とも放電電力が約3MWであった．一方で，性能は異なり，セラミックノズル型では比推力が3000秒，推進効率が7.5％，推力が14 Nであったのに対し，円筒型では，比推力が2300秒，推進効率が3％，推力4.5Nとなった．このように，性能はセラミックノズル型で高くなった．また，セラミックノズル型では，理論上，アノードカソードの直径比の増加により電磁推力が大きくなるはずである．しかし，推力測定を行ったところ，比推力や効率が直径比に伴って減少する傾向がみられた．そこで，高速度撮影によりプラズマを観察した結果，直径比が小さい電極では，放電がアノードの端面に付着し，アノード半径は設計よりも大きくなっていた．

2022财政年度研究的目的是评估1MW类MPD推进器中电极形状对放电电流和电压特性以及性能（特定推力和推力功率比）的影响。到2021财年，我们尝试了两种类型：喷嘴阳极类型，这是一个喷嘴，也用作电极，而环形阳极类型则结合了环形喷嘴和陶瓷喷嘴，但是推力功率比和推进效率变得较低。在对文献进行了彻底的研究之后，建议当在气体推进剂MPD推进剂的阳极上提供耀斑时，就会发生离子滑动，从而导致中性颗粒和离子之间的速度差异更大，从而导致性能下降。因此，我们进行了一个实验，在该实验中，遵循常规气体推进剂MPD的形状，将阳极变成圆柱形。制造了两种类型的原型，一个陶瓷喷嘴阳极和圆柱阳极，并进行了推力测量。当使用2022年制造的10 ka类脉冲形成网络（PFN）提供排放功率时，它显示出运行的运算高达10 ka，并且最高3兆瓦的放电功率，表明高功率运行的可能性。推力测量结果表明，当放电电流为10 ka时，特异性推力是最高的，当时的排放功率约为3MW。另一方面，性能有所不同。陶瓷喷嘴类型的特异性推力为3000秒，推进效率为7.5％，推力为14 N，而圆柱形类型的特异性推力为2300秒，推进效率为3％，推力为4.5N。这样，陶瓷喷嘴类型可以提高性能。此外，在理论上，在陶瓷喷嘴类型中，由于阳极阴极的直径比增加，电磁推力应增加。但是，当进行推力测量时，特定推力和效率的趋势随着直径比而降低。因此，当我们使用高速摄影观察血浆时，将放电连接到电极处的阳极的末端表面，直径较小，并且阳极半径大于设计的半径。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Performance Evaluation of a Double-Channel TAL-Type Hall Thruster

双通道TAL型霍尔推进器的性能评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuta Iwatani;Hiroyuki Asada and S. Kawai;岩澤綾子・松井沙耶伽・大和田果歩・小川洸乃・遠藤新;Daisuke Komatsu and Akira Kakami
通讯作者：
Daisuke Komatsu and Akira Kakami

水を推進剤とする自己誘起磁場型MPDスラスタの電極形状に関する研究

以水为推进剂的自感磁场型MPD推进器电极形状研究