小型推進機のための低レイノルズ数流れ測定によるノズル効率低下に関する研究

小型推进器低雷诺数流量测量降低喷管效率的研究

• 批准号: 19K23481
• 负责人: 柳沼 和也
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-08-30 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K23481/
• 关键词: 低レイノルズ数流れ; 小型衛星; 小型推進; ノズル; 水

本研究は，超小型衛星に搭載される推進系の中でも，小型ノズルの内部の低レイノルズ数流れによる効率低下問題を実験的に説明することを主題としている．低レイノルズ数流れに関しては，これまでは数値計算よる予測が主に行われてきたが，本研究では，流れを乱さない可視光によるMTV法と樹脂造形が可能な3Dプリンタによって製作した樹脂3Dノズルとを組み合わせたノズル内部流れ分布測定という，小型ノズル内部流れ現象の定量的な評価方法を提案している．加えて推力スタンドによる直接推力測定も同時に行うことで，ノズル効率低下の要因それぞれの効果に対して定量的な比較を行う．今年度は提案手法による実験を行うためのスラスタと真空設備の構築を行った．既に構築が完了していたスラスタシステムい加えて，アルゴンと水を推進剤として供給できるようにした．真空設備の構築では，特に重要となる背圧の調整を行えるように，スラスタノズルからではなく，他の箇所から推進剤を流すことで，スラスタノズルにおける推進剤流量が変化しても，ノズル下流の圧力を一定に保ち，対照実験が行えるようにした．構築したスラスタに対して，電子銃を用いた密度分布測定実験を実施し，特にノズル下流の密度分布測定を重点的に実施した．電子順を用いた分布測定では電子ビームを可能な限り細く出力できるように電子銃のシステムの工夫を行った．令和元年度の途中で電子銃システムのうち高電圧システムが故障したため，その修復作業も実施した．

本研究的主题是通过实验解释安装在微型卫星上的推进系统中小喷嘴内的低雷诺数流量导致效率降低的问题。到目前为止，低雷诺数流动的预测主要是通过数值计算进行的，但在本研究中，我们使用了不干扰流动的可见光MTV方法，以及使用能够打印树脂的3D打印机制造的树脂3D喷嘴我们提出了一种定量评估小型喷嘴内部流动现象的方法，称为喷嘴内部流量分布测量，并结合该方法。此外，通过使用推力台同时进行直接推力测量，我们将定量比较每个因素对降低喷嘴效率的影响。今年，我们建造了推进器和真空设备，利用所提出的方法进行实验。除了已经建成的推进器系统外，还可以提供氩气和水作为推进剂。在构造真空设备时，为了能够调节特别重要的背压，通过使推进剂从另一点而不是从推进器喷嘴流动，即使推进器喷嘴处的推进剂流量发生变化，流量喷嘴下游的压力保持恒定，以便可以进行控制实验。在所构建的推进器上进行了使用电子枪的密度分布测量实验，特别强调了喷嘴下游的密度分布测量。在使用电子顺序的分布测量中，设计了电子枪系统，以便输出尽可能细的电子束。 2019年中期，电子枪系统高压系统发生故障，因此也进行了维修工作。