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低毒性一液式推進剤を用いた1N級放電プラズマスラスタの燃焼室圧力評価

机译：低毒性单推进剂对1N级等离子推进器燃烧室压力的评估

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1990年代頃から，人工衛星における姿勢制御(Reaction Control System: RCS)用一液式スラスタとして，ヒドラジンスラスタに代わる硝酸ヒドロキシルアンモニウム(Hy-droxyl Ammonium Nitrate: HAN)系推進剤を用いたスラスタの研究開発が世界中で活発に行われている.HAN系推進剤は，ヒドラジンに比べ約1.4倍の密度を有するため，約50％の密度比推力の向上が期待できる.このことから，低毒で高性能な一液式推進剤として注目されている.また，HAN系推進剤は，推進剤充填時の取り扱いコストの削減や推進システム全体の質量削減に大きく寄与することが期待されている.ヒドラジンの場合，凝固を防ぐため，配管やタンクを熱的にマネジメントする必要があるが，HAN系推進剤は，低凝固点を有することから長期間の貯蔵に優れている.日本では，その低毒性一液式推進剤の一つであるHAN系推進剤SHP163(HAN／硝酸ァンモニウム／水／メタノール=73.6％/3.9％/6.2％/16.3％の質量比率)が宇宙科学研究所／宇宙航空研究開発機構(ISAS/JAXA)により開発された.SHP163の各種特性値は，理論比推力271s(推力係数1.78，燃焼室圧力0.4MPa，凍結流れを仮定しNASA-CEAにより算出)，密度1.4g/cc,凝固点-30℃である.%Green monopropellant thrusters, such as HAN-based and ADN-based monopropellant thruster, have been continuously developed as replacement for conventional hydrazine thrusters. A green monopropellant reaction system by utilizing discharge plasma of swirling noble gas has been proposed in substitution for the solid catalyst. Objective of this study is to evaluate the thrust performance of HAN-based monopropellant thruster with discharge plasma system by the measurement of combustion chamber pressure under vacuum. As a result, stable operations were confirmed by the measurement of combustion chamber pressure and internal pressure of argon-tube. At argon mass flow rate of 0.13g/s, HAN-based monopropellant mass flow rate of 0.31g/s and nozzle expansion ratio of 1,power consumption, c-star efficiency and rising time of combustion chamber pressure were 484W, 54% and 597ms, respectively. In addition, predicted thrust and specific impulse by the measured combustion chamber pressure were 282mN and 93s, respectively.
机译：自1990年代以来，一直在研究和开发一种推进器，该推进器使用基于硝酸羟基铵（HAN）的推进剂代替肼推进器作为一种用于卫星姿态控制的单组分推进器（反应控制系统：RCS）由于HAN推进剂的密度约为肼的1.4倍，因此可以预期将密度比冲量提高约50％。作为高性能的单一推进剂，它引起了人们的注意，并且HAN推进剂有望在降低填充推进剂时的处理成本以及整个推进系统的质量降低方面做出巨大贡献。在这种情况下，有必要对管道和储罐进行热管理以防止其凝固，但是基于HAN的推进剂具有极低的凝固点，因此非常适合长期存储。基于HAN的推进剂SHP163（HAN /硝酸铵/水/甲醇= 73.6％/ 3.9％/ 6.2％/ 16.3％质量比）是配方推进剂之一，是空间科学研究所/航空航天研究与发展局（ SHP163的各种特性值是理论比推力271s（推力系数1.78，燃烧室压力0.4MPa，由NASA-CEA假设结冰流量计算得出），密度1.4g / cc，凝固点。 -30°C％的绿色单推进剂推进器，例如基于HAN的和基于ADN的单推进剂推进器，已经得到了持续发展，以代替传统的肼推进器。提出了利用旋流惰性气体的放电等离子体的绿色单推进剂反应系统。替代固体催化剂本研究的目的是评估HAN型单螺旋桨的推力性能通过在真空下燃烧室压力的测量来测量带有放电等离子体系统的蚂蚁推进器，结果通过测量燃烧室压力和氩管的内部压力确认了稳定的运行。在氩气质量流量为0.13g / s的情况下，基于HAN的单推进剂质量流量为0.31g / s，喷嘴膨胀比为1，功率消耗，c-star效率和燃烧室压力上升时间分别为484W，54％和597ms，此外，预测推力和比重测得的燃烧室压力产生的脉冲分别为282mN和93s。

著录项

  • 来源
    《日本航空宇宙学会論文集》 |2017年第3期|117-122|共6页
  • 作者

    和田　明哲; 前田　洋志; 進藤　崇央; 渡邊　裕樹; 竹ヶ原　春貴;

  • 作者单位

    首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域;

    首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域;

    首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域;

    首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域;

    首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域;

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