パルスプラズマロケットエンジンの流れ場の数値解析

担当メンバー:
 田中 慎人(Masato Tanaka
 陳 喚俊(
チン カンシュン
 
村岡力夫((Rikio Muraoka)

金岡 啓太(Keita Kanaoka

キーワード:
 宇宙推進
 電気推進
 パルス作動
 固体推進剤
 テフロン
 昇華
 数値流体力学
 非定常流れ
 電気回路

   


研究内容紹介:

大 阪工業大学・電気推進ロケットエンジン搭載小型スペースシッププロジェクト(Project of OIT Electric-Rocket-Engine onboard Small Space Ship (PROITERES: プロイテレス))では、電気推進ロケットエンジンを搭載した小型人工衛星(プロイテレス衛星1号機)の2011年の打ち上げを目指し、その設計・開発を 行っている。電気推進ロケットエンジンには電熱加速型パルスプラズマスラスタ(Pulsed Plasma Thruster: PPT)を使用し、軌道変更用に1軸前後に1機ずつ搭載される。さらに、プロイテレス衛星2号機「電気推進ロケットエンジン動力飛行型地球観測小型実用衛 星」にも大電力作動型PPTが搭載される予定である。

PPTの特徴としては、固体の推進剤、主にテフロンTeflon®
(Poly-tetrafluoroethylene: PTFE)を用いることで構造を単純化できると同時に、高い信頼性を得ることができる。その反面、他の電気推進エンジンと比較して推進性能が低い。

大阪工業大学では2007年より実験と数値シミュレーションを併用し、PPT放電室内部の物理現象の解明と推進性能の改善を目指した研究を行ってきた。

本研究グループでは、プロイテレス1号機、2号機搭載条件における推進性能の向上をはかるため、プラズマ流、放電回路および推進剤内部の温度場を含めたPPT放電室内部の物理現象に関して圧縮性流体に基づく数値シミュレーションを行っている。

本 研究における非定常計算シミュレーションでは、プラズマ流や放電回路を含めた放電システム全体をシミュレーションできる計算モデルを開発した。主に、放電 回路、プラズマ流、テフロンへの熱供給、テフロン内部の熱伝導、テフロン表面からの昇華現象で構成される。流体解析の計算領域は、陰極ノズル部とテフロン で囲まれた円筒状の放電室で構成される。放電室の形状は作動条件に応じて適宜変更する。