レーザー支持誘導結合プラズマの高エンタルピー風洞への応用と性能評価

激光支持电感耦合等离子体在高焓风洞中的应用及性能评估

• 批准号: 06J09885
• 负责人: 松井 信
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J09885/
• 关键词: レーザープラズマ; 誘導結合プラズマ; 発光分光法; エネルギー変換; 高エンタルピー流体力学; 原子状酸素; レーザー吸収分光; 誘導加熱風洞; アーク風洞; レーザー吸収分光法

レーザー駆動誘導加熱プラズマ風洞の基礎試験本実験では2kW級連続発振二酸化炭素レーザー及び1.5kW級高周波電源を使用した.まず,石英管内でプラズマを生成・維させ可視化試験を行った.石英管は直径14mmと25mmの管を半二重管構造として使用し,小径管によりガス流速を上げ大径小径管出口にLSPを生成・維持する.このLSPに対し大径管外側から周波数13.56MHzの高周波を印可させ誘導加熱を行った.結果,アルゴンガス1.8g/s,入力レーザーパワー800WのLSPに対し,整合器により反射を最小化することで最大で正味1kWの加熱に成功した.次にプラズマの温度分布を評価するため発光分光を行った.まず最も高温になると予想される焦点付近のフトル分布を集光系により取得し,ボルツマンプロットを適用することで温度を推定した.ここで本プラズマは2気圧程度であるた所熱平衡が成り立つと見なした.次にCCDカメラにバンドパスフィルタを装着することでArl852nmライン強度の空間分布を取得ボルツマンプロットで得られた結果及びラレンツの式を用いて温度分布を求めた.その結果,中心で鋭いピークを持つLSPの半向温度分布が誘導加熱の結合により平坦化していることが確認できた最後に実際の風洞を想定し,セラミック材を用いたスロート直径2mm,ノズル出口10mmのコンバージェント/ダイバージェントルを作成し,スロート部生成したLSPに対しノズル外部から高周波を印可することで誘導加熱を行った.作動条件はアルゴンガ1.8g/s,800WのLSPに対し高周波を0から1kWまで変化させプレナム圧を測定し,ソニックフロー法を用いてエネルギー変換効率求めた.その結果,誘導加熱のエネルギー変換効率は高周波電力と共に増加し,最大で14%に達することがわかった.

激光驱动感应加热等离子体风洞的基本测试本实验使用2kW级连续波二氧化碳激光器和1.5kW级高频电源。首先，通过在石英中产生并维持等离子体进行可视化测试管子。采用14毫米和25毫米直径管作为半双管结构，小直径管增加了气体流量，并在大、小直径管出口处产生并维持LSP。对于该LSP，13.56 MHz的高频信号从大直径管的外部施加签名邀请。结果，对于氩气为 1.8 g/s、输入激光功率为 800 W 的 LSP，我们通过使用匹配设备最小化反射成功地加热到最大 1 kW。我们研究了等离子体速率的温度分布。因此，我们首先使用聚焦系统来获取焦点附近的 Hutle 分布，此处的温度预计最高，并通过应用玻尔兹曼图来估计温度。这里是该点的温度。等离子体大约达到2个大气压。接下来，通过在 CCD 相机上安装带通滤波器，我们获得了 Arl852nm 线强度的空间分布。利用玻尔兹曼图和拉伦兹方程获得的结果确定了温度分布。结果证实，通过感应加热的组合，中心具有尖峰的LSP半方向温度分布变得平坦。最后，我们假设了一个实际的风洞，并使用了带有喉部的陶瓷材料直径为2毫米，喷嘴出口为10毫米。制作试剂/发散剂，并通过对从喷嘴外部在喉部产生的LSP施加高频来进行感应加热。操作条件为氩气1.8g/s，对于800W的LSP高频为0。测量从1kW到1kW变化时的静压室压力，并采用声速流法测定能量转换效率。结果表明，感应加热的能量转换效率随着高频功率的增加而增加，最高可达14%。

项目成果

LIF Spectroscopy of a Hall Thruster Plasma Plume

霍尔推进器等离子体羽流的 LIF 光谱

• 发表时间: 2008
• 作者: M. Lempke

キャビティエンハンスト吸収分光法によるプラズマトーチ気流診断

使用腔增强吸收光谱进行等离子炬气流诊断

• 发表时间: 2007
• 作者: 高柳 大樹

Influence of Laser Intensity on Absorption Line Broadening in Laser Absorption Spectroscopy

激光吸收光谱中激光强度对吸收线展宽的影响

• 发表时间: 2006
• 作者: M.Matsui

Enthalpy Distributions of Laser Driven High Enthalpy Wind Tunnel

激光驱动高热函风洞的热函分布

• 发表时间: 2008
• 作者: M. Matsui

Generation of Plasma Flows by 2 kW-class Continuous Wave Laser Driven Wind Tunnel

通过 2 kW 级连续波激光驱动风洞产生等离子流

• 发表时间: 2008
• 作者: K.Shinmi