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．

这项研究是关于通过实验解释由小喷嘴内部的雷诺数流量低的效率降解问题（在超小卫星上的推进系统中）引起的。 In the past, predictions have been mainly made using numerical calculations for low-Reynolds number flows, but in this study, we propose a quantitative evaluation method for the internal flow phenomenon of small nozzles, such as measuring the internal flow phenomenon of nozzles, which combines the MTV method using visible light that does not disturb the flow and a resin 3D nozzle produced by a 3D printer capable of resin shaping.此外，使用推力支架同时进行直接推力测量，并对降低喷嘴效率的因素的每种效果进行定量比较。今年，我们构建了推进器和真空设备，以使用拟议的方法进行实验。除了已经构建的推进器系统外，还可以将氩气和水作为推进剂提供。在真空设备的构建中，我们已经可以通过从其他位置而不是从推进器喷嘴中流动推进剂来调节背压，这一点尤其重要，因此，即使推进器喷嘴中的推进剂流量变化，也可以保持恒定的压力，可以保持恒定的恒定，从而可以进行控制实验。密度分布测量实验是使用构造推进器上的电子枪进行的，特别强调了喷嘴下游的密度分布。在使用电子顺序的分配测量中，我们开发了一个电子枪系统，以便可以尽可能薄地输出电子束。在2019财政年度中期，电子枪系统的高压系统破裂了，因此还进行了维修工作。