JP7338450B2 - Electric propulsion test equipment - Google Patents
Electric propulsion test equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7338450B2 JP7338450B2 JP2019231328A JP2019231328A JP7338450B2 JP 7338450 B2 JP7338450 B2 JP 7338450B2 JP 2019231328 A JP2019231328 A JP 2019231328A JP 2019231328 A JP2019231328 A JP 2019231328A JP 7338450 B2 JP7338450 B2 JP 7338450B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- panels
- electric propulsion
- panel
- ions
- vacuum vessel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本開示は電気推進機試験装置に関する。 The present disclosure relates to electric propulsion machine test equipment.
ホールスラスタ等の電気推進機は、推進剤としてのプラズマを発生し、当該プラズマ中のイオンを加速させることで推力を得ている。この推力に関して、電気推進機は、他の推進機構よりも高いエネルギー変換効率をもつことが知られている。 An electric propulsion device such as a Hall thruster generates a plasma as a propellant and accelerates ions in the plasma to obtain thrust. With respect to this thrust, electric propulsion machines are known to have higher energy conversion efficiencies than other propulsion mechanisms.
エネルギー変換効率等の性能評価を実施するため、電気推進機は試験装置の真空容器に収容されている。真空容器内はクライオポンプ等の大きな排気速度が得られるポンプによって超高真空程度の真空度が維持され、疑似的な宇宙空間が形成されている(特許文献1参照)。 The electric propulsion machine is housed in the vacuum vessel of the test equipment for performance evaluation such as energy conversion efficiency. Inside the vacuum vessel, a pump such as a cryopump capable of obtaining a high pumping speed maintains a degree of vacuum equivalent to an ultra-high vacuum, forming a pseudo outer space (see Patent Document 1).
真空容器内で電気推進機が稼働している間、電気推進機からは大量のプラズマが生成される。当該プラズマ中のイオンは、推力を得るために加速され、電気推進機から放出される。十分なエネルギーをもつイオンがポンプに直接進入すると、当該ポンプの動作温度が過剰に上昇し、排気速度が低下しやすい。特に、クライオポンプは極低温の動作温度下で稼働しているため、この問題が顕著になる。 A large amount of plasma is generated from the electric propulsion machine while it is operating inside the vacuum vessel. Ions in the plasma are accelerated to obtain thrust and ejected from the electric propulsion machine. Direct entry of ions with sufficient energy into the pump tends to excessively increase the operating temperature of the pump and reduce pumping speed. In particular, the cryopump operates at extremely low operating temperatures, which makes this problem more pronounced.
本開示は上述の状況を鑑みて成されたものである。即ち、本開示は、電気推進機から放出された大量のイオンによる排気速度の低下を抑制することが可能な電気推進機試験装置の提供を目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above situation. That is, an object of the present disclosure is to provide an electric propulsion machine test apparatus capable of suppressing a decrease in exhaust speed due to a large amount of ions emitted from the electric propulsion machine.
本開示に係る電気推進機試験装置は、排気ポートを有する真空容器と、前記真空容器内に設けられ、所定の間隔を置き互いに面した状態で少なくとも一列に配列すると共に、電気推進機から放出されたイオンを反射する複数のパネルとを備え、各前記パネルには、その厚さ方向に延伸する複数の貫通孔が設けられ、前記複数のパネルの少なくとも一列は、前記排気ポートに向かって並んでいる。 An electric propulsion machine test apparatus according to the present disclosure includes a vacuum vessel having an exhaust port, and a vacuum vessel provided in the vacuum vessel, arranged in at least one row facing each other at a predetermined interval, and discharged from the electric propulsion machine. a plurality of panels for reflecting ions, each panel having a plurality of through-holes extending in a thickness direction thereof, and at least one row of the plurality of panels lined up toward the exhaust port. there is
各前記パネルにおける前記貫通孔の開口率は、前記真空容器の壁部に近いパネルほど大きくてもよい。前記複数のパネルは、前記イオンの流れの中心軸を基準として放射状に複数列配置されてもよい。各列の前記パネルは周方向に隣接する他の列の前記パネルと共に環状に位置してもよい。一列を成す前記パネルの間隔は、前記パネルの間で前記イオンの多重反射が生じる値に設定されてもよい。 The aperture ratio of the through-holes in each panel may be larger in the panel closer to the wall of the vacuum vessel. The plurality of panels may be radially arranged in a plurality of rows with reference to the central axis of the ion flow. The panels of each row may be positioned annularly with the panels of other circumferentially adjacent rows. A spacing between the panels in a row may be set to a value that causes multiple reflections of the ions between the panels.
本開示によれば、電気推進機から放出された大量のイオンによる排気速度の低下を抑制することが可能な電気推進機試験装置を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to provide an electric propulsion machine test apparatus capable of suppressing a decrease in exhaust speed due to a large amount of ions emitted from an electric propulsion machine.
以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Several exemplary embodiments are described below with reference to the drawings. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the part which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate|omitted.
図1は、実施形態に係る電気推進機試験装置(以下、試験装置と略す)10の構成を示す概略図である。試験装置10は、電気推進機11の動作試験を行うために用いられる。図1に示すように、試験装置10は、電気推進機11を収容する真空容器12と、真空容器12内に設けられ、電気推進機11から放出されたイオン13を反射する複数のパネル14とを備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an electric propulsion device testing device (hereinafter abbreviated as testing device) 10 according to the embodiment. The
電気推進機11は、周知の構成を有するイオンスラスタ(イオンエンジン)或いはホールスラスタ等である。電気推進機11は、推進剤としてのガスから大量のプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオン13を数百eVから数keV程度に加速させ、後方に放出する。放出されたイオン13は、中心軸16に対して概ね軸対称な流れを形成し、径方向RDに広がりつつ後方(図中の右方)に進行する。このイオンの流れ(以下、イオン流13a)の中心軸16は、電気推進機11のイオン放出口11aの形状又は位置(イオン放出口11aが複数個ある場合)の回転対称軸と概ね一致する。
The
真空容器12は、電気推進機11、パネル14及び、計測や制御を行うための機器等を収容する金属容器である。真空容器12は、例えば、中心軸17を中心とする円筒状の壁部19を有する。電気推進機11は真空容器12の内部空間の一方側に設置され、複数のパネル14は後述の排気ポート18と共に、当該内部空間の他方側、換言すれば、電気推進機11のイオン放出口11aの下流側に設置される。説明の便宜上、真空容器12の中心軸17とイオン流13aの中心軸16は一致しているものとする。
The
真空容器12は排気ポート18を有する。排気ポート18の内径は、真空容器12の容積や要求される排気速度等に応じて適宜設定される。排気ポート18は、その端部にフランジ(図示せず)を有する。排気ポート18は、真空容器12の壁部19から外方に延伸する。排気ポート18の延伸方向は真空容器12の中心軸17に対して直交する方向(例えば径方向RD)に限られず、真空容器12の中心軸17に対して傾斜してもよい。
排気ポート18のフランジ(図示せず)には、ポンプ20の吸気口が取り付けられる。なお、ポンプ20と排気ポート18の間に、ゲートバルブ等のバルブ(図示せず)が取り付けられてもよい。
An inlet of
排気ポート18は、真空容器12の周方向の異なる位置に複数設けられてもよい。例えば、2つの排気ポート18、18が真空容器12の中心軸17を挟んで両側に設けられてもよい(図4参照)。
A plurality of
電気推進機11はプラズマを長時間に亘って大量に発生する。その結果、プラズマ中のイオン13に由来する大量のガス(原子または分子)が、真空容器12内に発生する。本実施形態に係るポンプ20には、この大量のガスを十分に排気し、真空容器12内の過剰な圧力上昇を抑制する程度の大きな排気速度が求められる。このような要求を満たすポンプ20の一例として、クライオポンプが挙げられる。
The
クライオポンプは、バッフル及びクライオパネルに真空容器12内のガスを凝縮または吸着させる溜め込み式ポンプである。凝縮または吸着を利用して排気を行うため、バッフル及びクライオパネルは極低温に冷却される。
A cryopump is a reservoir pump that causes the baffle and cryopanel to condense or adsorb gases within the
排気ポート18の近傍にはパネル14が設けられる。パネル14は導電性を有する平板であり、電気推進機11から放出されたイオン13を反射する。パネル14の導電性は少なくとも表面21に与えられている(図2参照)。即ち、パネル14はステンレス等の金属板でもよく、表面21に金属層を有する絶縁板でもよい。簡易な例として、パネル14は、多数の孔を有するパンチングメタルや金属製のメッシュシートでもよい。何れの場合も、パネル14は、真空容器12等と電気的に接続されている。
A
パネル14は、所定の間隔Dを置いて互いに面している。間隔Dは一定の値でもよく(図1参照)、変化してもよい(図3(a)参照)。また、図1に示すように、複数のパネル14の少なくとも一列は、排気ポート18に向かって並んでいる。パネル14は互いに平行でもよく、非平行でもよい。例えば図1に示すように、各パネル14を、真空容器12の中心軸17と平行に配置されてもよい。
The
一列を成すパネル14の間隔Dは、パネル14の間でイオン13の多重反射が生じる値に設定されてもよい。この間隔Dは、真空容器12の中心軸17に沿ったパネル14の長さ及びイオン13の放出角等に基づいて設定できる。この場合、電気推進機11からパネル14の設置空間に向けて放出された未衝突のイオン13を、当該空間内のパネル14の何れかに衝突させることができる。
The interval D between the
図2はパネル14の構成及び配置の一例を示す断面図である。この図に示すように、各パネル14には複数の貫通孔22が設けられている。貫通孔22はパネル14の厚さ方向に延伸し、所定の間隔(ピッチ)Pを置きながら二次元的に表面21に分布している。従って、排気ポート18に向けて配列する各パネル14の貫通孔22は、概ね排気ポート18に向けて開口することになる。各貫通孔22は同一の内径を有し、パネル14の表面21に一様に分布する。ただし、貫通孔22の内径や分布は、その位置に応じて変化させてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration and arrangement of the
図1に示すように、電気推進機11は、プラズマ中のイオン13を後方(図中の右方)に加速し、放出する。放出されたイオン13は後方に広がりつつ、概ねイオン流13aの中心軸16に沿って進行する。加速されたイオン13のエネルギーは、例えば数百eVから数keVである。
As shown in FIG. 1, the
イオン流13aの下流には、上述のパネル14が複数配置されている。イオン13はこれらのパネル14のうちの何れかに衝突し、衝突したパネル14とこのパネル14に面する他のパネル14との間で繰り返し反射する。イオン13は、反射を繰り返している間に貫通孔22を通過する場合もある。なお、イオン13は数回の衝突のうちに中性化されるが、説明の便宜上、中性化されたイオン13も「イオン」と称する。
A plurality of
原子レベルで見ればパネル14の表面21は粗い。そのため、イオン13の反射は、鏡面反射の影響をある程度残こした拡散反射(乱反射)となる。一方、イオン13の運動エネルギーは、当該イオン13がパネル14から反射する度に失われる。即ち、反射する度にイオン13は減速する。反射と減速が繰り返される場合、当該反射に対する鏡面反射の影響は薄れ、拡散反射の傾向が強まる。
Viewed at the atomic level, the
拡散反射の傾向が強まると、イオン13の反射角分布(確率密度分布)は余弦則に則った分布に近くなる。つまり、多重反射によって、イオン13は減速されつつ、パネル14の面方向に沿った速度成分よりも法線方向NDに沿った速度成分が増加する。その結果、パネル14間にイオン13が滞留しやすくなる。
As the tendency of diffuse reflection increases, the reflection angle distribution (probability density distribution) of the
また、パネル14の貫通孔22は、当該パネル14の法線方向NDに延伸している。従って、イオン13は、パネル14間の反射を繰り返しながら減速しつつ、貫通孔22を介して排気ポート18に向けて移動する。
Also, the through
このように、イオン13はパネル14間の多重反射によってパネル14の間に滞留しやすくなり、貫通孔22を通過することで排気ポート18に導かれる。排気ポート18の近傍には大量のイオン13が導かれ、ポンプ20はこれらを取り込む(排気する)ことができる。即ち、パネル14の設置によって、ポンプ20の排気を促進させることができる。
In this way, the
上述の通り、電気推進機11から放出された直後のイオン13は、数百eVから数keVのエネルギーを有する。これに対して、反射を繰り返し、パネル14を通過した後のイオン13のエネルギーは減少する。例えば、イオン13のエネルギーは、熱運動に近い値まで減少する。従って、排気の際にイオン13の衝突によって生じるポンプ20の温度上昇が抑制され、ポンプ20の排気速度の低下を抑制することができる。
As described above, the
図3は、実施形態の変形例を示す図であり、(a)はパネル14の配列の変形例を示す断面図、(b)はパネル14の変形例を示す断面図である。図3(a)に示すように、パネル14間の間隔Dは、真空容器12の中心軸17に向けて、真空容器12の壁部19(排気ポート18)から離れるほど狭くなってもよい。壁部19(排気ポート18)から離れたパネル14ほど、当該パネル14へのイオン13の進入角度が浅くなり、イオン流13aにおけるパネル14の下流側にイオン13が通過する確率が高くなる。壁部19(排気ポート18)から離れるに従って狭くなる間隔Dでパネル14を配置することにより、イオン13がパネル14に衝突する確率(頻度)を増加させることができる。
3A and 3B are diagrams showing a modification of the embodiment, FIG. 3A being a cross-sectional view showing a modification of the arrangement of the
図3(b)に示すように、各パネル14における貫通孔22の開口率は、真空容器12の壁部19(排気ポート18)に近いパネルほど大きくてもよい。ここで言う開口率とは、単位面積当たりの貫通孔22の開口面積の割合である。上述の通り、パネル14間のイオン13の多重反射を生じさせることによって、パネル14の法線方向NDに進行するイオン13の割合が増加する。一方、この変形例によれば、壁部19(排気ポート18)に近いパネルほどイオン13の通過率が高く、壁部19(排気ポート18)から遠いパネル14ほどイオン13の反射率が高い。従って、多重反射するイオン13を壁部19(排気ポート18)に向けて導くことが容易になり、ポンプ20の排気を促進させることができる。なお、上述の変形例を組み合わせてもよい。即ち、図3(a)が示す配列のパネル14に、図3(b)が示す貫通孔22の配置を組み合わせてもよい。
As shown in FIG. 3(b), the aperture ratio of the through
図4は、実施形態に係るパネルの配列の変形例を示す図であり、図5は図4中のV-V断面図である。これらの図に示すように、複数のパネル14は、イオン流13aの中心軸16を基準として放射状に複数列配置されてもよい。上述の通り、イオン13は概ね軸対称な流れを形成し、径方向RDに広がりつつ進行する。パネル14の列は、この流れの中心軸16を基準とし、中心軸16に直交する平面上に放射状に並ぶ。各パネル14を放射状に配置されることで、パネル14の後方に通過するイオン13の量を減少させ、イオン13を真空容器12の壁部19に向けて導くことができる。また、パネル14の列を含む平面上に、排気ポート18を複数配置させ、排気を更に促進させることも可能である。なお、図5に示すように、各列のパネル14は周方向に隣接する他の列のパネル14と共に環状に位置してもよい。この場合、排気ポート18に向かって配列するパネル14以外のパネル14の間に滞留したイオン13を、多重反射によって排気ポート18に向かって配列するパネル14の間に導くことが容易になる。
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the arrangement of panels according to the embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. As shown in these figures, a plurality of
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。 It should be noted that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, but is indicated by the description of the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the scope of claims.
10…電気推進機試験装置(試験装置)、11…電気推進機、11a…イオン放出口、12…真空容器、13…イオン、13a…イオン流、14…パネル、16…イオン流の中心軸、17…真空容器の中心軸、18…排気ポート、19…壁部、20…ポンプ、21…表面、22…貫通孔、D…間隔、P…間隔(ピッチ)、ND…法線方向、RD…径方向
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記真空容器内に設けられ、所定の間隔を置き互いに面した状態で少なくとも一列に配列すると共に、電気推進機から放出されたイオンを反射する複数のパネルと
を備え、
各前記パネルには、その厚さ方向に延伸する複数の貫通孔が設けられ、
前記複数のパネルの少なくとも一列は、前記排気ポートに向かって並んでいる、
電気推進機試験装置。 a vacuum vessel having an exhaust port;
a plurality of panels provided in the vacuum vessel, arranged in at least one row facing each other at predetermined intervals, and reflecting ions emitted from the electric propulsion machine;
Each panel is provided with a plurality of through holes extending in its thickness direction,
at least one row of the plurality of panels aligns toward the exhaust port;
Electric propulsion test equipment.
請求項1に記載の電気推進機試験装置。 The opening ratio of the through-holes in each panel is larger for the panel closer to the wall of the vacuum vessel,
The electric propulsion machine testing device according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電気推進機試験装置。 The plurality of panels are radially arranged in a plurality of rows with reference to the central axis of the ion flow,
The electric propulsion machine testing device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の電気推進機試験装置。 the panels of each row are annularly positioned with the panels of other circumferentially adjacent rows;
The electric propulsion machine testing device according to claim 3.
請求項1~4のうちの何れか一項に記載の電気推進機試験装置。 The interval between the panels in a row is set to a value that causes multiple reflections of the ions between the panels.
The electric propulsion machine testing device according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019231328A JP7338450B2 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Electric propulsion test equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019231328A JP7338450B2 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Electric propulsion test equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021098458A JP2021098458A (en) | 2021-07-01 |
JP7338450B2 true JP7338450B2 (en) | 2023-09-05 |
Family
ID=76540945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019231328A Active JP7338450B2 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Electric propulsion test equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7338450B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4191199B2 (en) | 2006-03-16 | 2008-12-03 | カワサキプラントシステムズ株式会社 | Waste incineration ash treatment method, sand substitute and crushed stone substitute obtained by the treatment method |
US20100251690A1 (en) | 2009-04-06 | 2010-10-07 | Kueneman James D | Current Controlled Field Emission Thruster |
JP5190295B2 (en) | 2007-05-07 | 2013-04-24 | トリンフ インタートレード アーゲー | Underwear such as panties especially for women |
CN103318428A (en) | 2013-07-10 | 2013-09-25 | 中国科学院地球化学研究所 | Moon surface dust environment simulating method and simulating device |
JP2015182706A (en) | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 大陽日酸株式会社 | Ion engine test device |
-
2019
- 2019-12-23 JP JP2019231328A patent/JP7338450B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4191199B2 (en) | 2006-03-16 | 2008-12-03 | カワサキプラントシステムズ株式会社 | Waste incineration ash treatment method, sand substitute and crushed stone substitute obtained by the treatment method |
JP5190295B2 (en) | 2007-05-07 | 2013-04-24 | トリンフ インタートレード アーゲー | Underwear such as panties especially for women |
US20100251690A1 (en) | 2009-04-06 | 2010-10-07 | Kueneman James D | Current Controlled Field Emission Thruster |
CN103318428A (en) | 2013-07-10 | 2013-09-25 | 中国科学院地球化学研究所 | Moon surface dust environment simulating method and simulating device |
JP2015182706A (en) | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 大陽日酸株式会社 | Ion engine test device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021098458A (en) | 2021-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7207258B1 (en) | Weapon silencers and related systems | |
US8307946B1 (en) | Firearm suppressor with multiple gas flow paths | |
US4108276A (en) | Vent silencer | |
US7854297B2 (en) | Muffler and related systems | |
JP7338450B2 (en) | Electric propulsion test equipment | |
US6510921B2 (en) | Muffler/exhaust extractor | |
US2375617A (en) | Gun silencer | |
US8844673B2 (en) | Muffler for internal combustion engine | |
US11009028B2 (en) | Vacuum pump and stator disk to be installed in vacuum pump | |
RU2366884C2 (en) | Muzzle or barrel device | |
KR101628857B1 (en) | Cold trap | |
JP2009264205A (en) | Centrifugal compressor | |
JP2009531582A (en) | Exhaust gas silencer especially for automobiles | |
JP2005520090A (en) | Turbo molecular pump with an annular adsorption surface on the high vacuum side | |
JP5250201B2 (en) | Vacuum pump | |
KR20190142992A (en) | Muffler for easy discharging condensate | |
KR20160030319A (en) | Turbine condenser for a steam turbine | |
US10748740B2 (en) | X-ray and particle shield for improved vacuum conductivity | |
US2012331A (en) | Silencer | |
US20160281558A1 (en) | Muffler | |
KR20230023735A (en) | Trap device and semiconductor manufacturing device | |
US995265A (en) | Muffler. | |
US1111265A (en) | Silencer for gas-engines, &c. | |
USRE19942E (en) | Silencer | |
JP2006307719A (en) | Muffler for vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221104 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230721 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230725 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230807 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7338450 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |