Digital Twin Creation of High-Density Ion Thruster with Electron Anomalous Transport Control

具有电子反常输运控制的高密度离子推进器的数字孪生创建

基本信息

批准号：
20H02346
负责人：
川嶋嶺
金额：
$ 9.65万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology (2022-2023)The University of Tokyo (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

（1）勾配ドリフト不安定性と電子異常輸送に関するプラズマシミュレーション磁化プラズマ中の電子異常輸送現象を解析するため、ホールスラスタの軸方向ー周方向を対象とした二次元コードを開発し、様々な推進機を対象に解析を進めた。ホールスラスタにはマグネティックレイヤ型とアノードレイヤ型と呼ばれる異なる方式の推進機が存在するが、特にアノードレイヤ型における電子異常輸送の特性は理解されていなかった。今年度これら二つの方式の実在する推進機を対象にシミュレーションを行ったところ、どちらの方式においても放電チャネルの出口付近からプルーム（下流）領域において勾配ドリフト不安定性と呼ばれるプラズマ振動現象が誘起され、電子異常輸送が生じることが分かった。開発中のシミュレーションコードが幅広い電気推進機のプラズマに対し、電子異常輸送現象の解析が可能であることが示唆された。（2）中和器電子源の放電モデル精緻化本研究課題で開発を目指すイオン推進機デジタルツインの一つのコンポーネントとして、中和器電子源のシミュレーションコードを開発している。今年度は放電プラズマと熱電子放出部材に関するモデル精緻化を進めた。六ホウ化ランタンを用いた熱電子放出部材の蒸発量、プラズマから電子源各部へ流入する熱流束、電子源各部のスパッタリング量などが解析可能となった。（3）水推進剤を用いたホールスラスタのビーム計測とシミュレーション水推進剤を用いたホールスラスタの開発が進められているが、この推進機に対するイオンビーム計測装置の開発を行った。またプラズマシミュレーションコードを水推進剤に対応可能にするため、水に対する化学反応モデルを実装した。水を推進剤に用いたホールスラスタのシミュレーションを行い、放電プラズマが維持される推進機作動条件が存在することを明らかにした。

(1)梯度漂移不稳定性和反常电子输运的等离子体模拟为了分析磁化等离子体中的反常电子输运现象，我们开发了针对霍尔推进器轴向和周向的二维码，并将其应用于各种领域。我们继续进行目标分析。霍尔推进器有两种不同类型，即磁性层型和阳极层型，但阳极层型中异常电子传输的特性还没有得到特别充分的了解。当我们今年使用这两种方法对现有推进系统进行模拟时，我们发现在这两种方法中，在放电通道出口附近的羽流（下游）区域中都会引发一种称为梯度漂移不稳定的等离子体振荡现象。发现电子传输发生异常。有人建议，正在开发的模拟代码能够分析各种电力推进车辆的等离子体中的异常电子传输现象。 (2) 中和器电子源放电模型的细化我们正在开发中和器电子源的模拟代码，作为我们旨在在本研究项目中开发的离子推进器数字孪生的一个组成部分。今年，我们致力于完善放电等离子体和热电子发射材料的模型。已经可以分析使用六硼化镧的热离子发射部件的蒸发量、从等离子体流到电子源的每个部分的热通量、以及电子源的每个部分中的溅射量。 (3) 使用水推进剂的霍尔推进器的束流测量和模拟使用水推进剂的霍尔推进器的开发正在进行中，我们开发了用于该推进装置的离子束测量装置。此外，为了使等离子体模拟代码与水推进剂兼容，实现了水的化学反应模型。我们对使用水作为推进剂的霍尔推进器进行了模拟，发现推进器存在维持放电等离子体的操作条件。