JPH0861220A - アークジェットスラスタ - Google Patents
アークジェットスラスタInfo
- Publication number
- JPH0861220A JPH0861220A JP19026094A JP19026094A JPH0861220A JP H0861220 A JPH0861220 A JP H0861220A JP 19026094 A JP19026094 A JP 19026094A JP 19026094 A JP19026094 A JP 19026094A JP H0861220 A JPH0861220 A JP H0861220A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main body
- propellant
- nozzle
- cathode
- supply pipe
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- 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.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 推進薬供給管を本体に設けることにより推進
薬供給設備を本体と同一の電位にして推進薬供給設備の
絶縁を不要とし、本体内面に螺旋状に推進薬供給流路を
もうけることにより本体の温度分布を均一にして熱歪み
を少なくし、さらに本体の熱により推進薬の温度を上昇
させて推力を増加させる。 【構成】 中空円筒状の本体１と、本体１の一端に取付
けられ推進ガスの噴射口２ａを有し陽極を構成するノズ
ル２と、本体内に設けられ先端が噴射口２ａ近傍まで伸
びた陰極ロッド３と、陰極ロッド３を一端で固定し他端
は本体１外まで伸びた陰極支持材４と、陰極支持材４と
本体内面の間に介在し両者を絶縁するとともに陰極支持
材４を固定する絶縁材５と、本体１に取付けられ推進薬
を供給する推進薬供給管７と、推進薬供給管７に連通
し、本体内面と絶縁材５との間に螺旋状に設けられ、次
いで絶縁材内を経て陰極ロッド３まで伸びた推進薬流路
６と、を備える。
薬供給設備を本体と同一の電位にして推進薬供給設備の
絶縁を不要とし、本体内面に螺旋状に推進薬供給流路を
もうけることにより本体の温度分布を均一にして熱歪み
を少なくし、さらに本体の熱により推進薬の温度を上昇
させて推力を増加させる。 【構成】 中空円筒状の本体１と、本体１の一端に取付
けられ推進ガスの噴射口２ａを有し陽極を構成するノズ
ル２と、本体内に設けられ先端が噴射口２ａ近傍まで伸
びた陰極ロッド３と、陰極ロッド３を一端で固定し他端
は本体１外まで伸びた陰極支持材４と、陰極支持材４と
本体内面の間に介在し両者を絶縁するとともに陰極支持
材４を固定する絶縁材５と、本体１に取付けられ推進薬
を供給する推進薬供給管７と、推進薬供給管７に連通
し、本体内面と絶縁材５との間に螺旋状に設けられ、次
いで絶縁材内を経て陰極ロッド３まで伸びた推進薬流路
６と、を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工衛星等の軌道制御
用に用いられ、アーク放電により推進薬をプラズマ状に
してノズルから噴射するアークジェットスラスタに関す
る。
用に用いられ、アーク放電により推進薬をプラズマ状に
してノズルから噴射するアークジェットスラスタに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アークジェット推進機は、例えば、ヒド
ラジン等のガス状の推進薬をアーク放電で加熱し高温に
した後噴出する電気ロケットの一種である。図３はこの
ようなアークジェットスラスタの一例を示す断面図であ
る。中空円筒状の本体１の先端には噴射口２ａを有する
ノズル２が設けられ、本体１内には先端がノズル２の噴
射口２ａ近傍まで伸びた陰極ロッド３が設けられ、陰極
ロッド３は本体１の中心軸上に設けられた陰極支持材４
で支持されている。本体１の内部には絶縁材５が充填さ
れ、陰極支持材４と陰極ロッド３を本体１から絶縁する
とともに陰極支持材４を固定している。陰極支持材４の
中心には推進薬流路６が設けられ、陰極ロッド３取付け
位置より陰極支持材４の表面に移り、次に陰極ロッド３
の表面に沿った流路となっている。
ラジン等のガス状の推進薬をアーク放電で加熱し高温に
した後噴出する電気ロケットの一種である。図３はこの
ようなアークジェットスラスタの一例を示す断面図であ
る。中空円筒状の本体１の先端には噴射口２ａを有する
ノズル２が設けられ、本体１内には先端がノズル２の噴
射口２ａ近傍まで伸びた陰極ロッド３が設けられ、陰極
ロッド３は本体１の中心軸上に設けられた陰極支持材４
で支持されている。本体１の内部には絶縁材５が充填さ
れ、陰極支持材４と陰極ロッド３を本体１から絶縁する
とともに陰極支持材４を固定している。陰極支持材４の
中心には推進薬流路６が設けられ、陰極ロッド３取付け
位置より陰極支持材４の表面に移り、次に陰極ロッド３
の表面に沿った流路となっている。
【０００３】本体１を正電位、陰極支持材４を負電位に
電圧を印加し、推進薬流路６より推進薬を供給すると、
陰極ロッド３の先端とノズル２の噴射口２ａ近傍の空間
でアーク放電が発生し、推進薬を高温に加熱し噴射口２
ａより推進ガスとして噴射する。
電圧を印加し、推進薬流路６より推進薬を供給すると、
陰極ロッド３の先端とノズル２の噴射口２ａ近傍の空間
でアーク放電が発生し、推進薬を高温に加熱し噴射口２
ａより推進ガスとして噴射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高温に加熱された推進
ガスによりノズル２も１１００℃程度まで加熱され、こ
れにより本体１も加熱される。この場合円周方向に不均
一な温度分布となることが多く、本体１が歪み、熱応力
が発生していた。また、推進薬流路６に接続する図示し
ていない推進薬管や推進薬供給装置が設けられている
が、これらは陰極支持材４に接続されているため負電位
となる。しかるに、これらは構造的には正電位となる本
体１または本体１と電気的に接続されている構造物に取
付けられているため、推進薬管や推進薬供給装置を絶縁
しなければならないという問題点もあった。
ガスによりノズル２も１１００℃程度まで加熱され、こ
れにより本体１も加熱される。この場合円周方向に不均
一な温度分布となることが多く、本体１が歪み、熱応力
が発生していた。また、推進薬流路６に接続する図示し
ていない推進薬管や推進薬供給装置が設けられている
が、これらは陰極支持材４に接続されているため負電位
となる。しかるに、これらは構造的には正電位となる本
体１または本体１と電気的に接続されている構造物に取
付けられているため、推進薬管や推進薬供給装置を絶縁
しなければならないという問題点もあった。
【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、推進薬供給管を本体に設けることにより推進薬供
給設備を本体と同一の電位にして推進薬供給設備の絶縁
を不要とし、本体内面に螺旋状に推進薬供給流路をもう
けることにより本体の温度分布を均一にして熱歪みを少
なくし、さらに本体の熱により推進薬の温度を上昇させ
て推力を増加させるようにしたアークジェットスラスタ
を提供することを目的とする。
ので、推進薬供給管を本体に設けることにより推進薬供
給設備を本体と同一の電位にして推進薬供給設備の絶縁
を不要とし、本体内面に螺旋状に推進薬供給流路をもう
けることにより本体の温度分布を均一にして熱歪みを少
なくし、さらに本体の熱により推進薬の温度を上昇させ
て推力を増加させるようにしたアークジェットスラスタ
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、中空円筒状で導電性の本体と、該本体の一端に取付
けられ推進ガスの噴射口を有し陽極を構成するノズル
と、前記本体内に設けられ先端が前記ノズルの噴射口近
傍まで伸びた陰極ロッドと、該陰極ロッドを一端で固定
し他端は本体外まで伸びた陰極支持材と、該陰極支持材
と本体内面の間に介在し両者を絶縁するとともに陰極支
持材を固定する絶縁材と、本体に取付けられ推進薬を供
給する推進薬供給管と、該推進薬供給管に連通し、本体
内面と前記絶縁材との間に螺旋状に設けられ、次いで絶
縁材内を経て前記陰極ロッドまで伸びた推進薬流路と、
を備えたものである。
め、中空円筒状で導電性の本体と、該本体の一端に取付
けられ推進ガスの噴射口を有し陽極を構成するノズル
と、前記本体内に設けられ先端が前記ノズルの噴射口近
傍まで伸びた陰極ロッドと、該陰極ロッドを一端で固定
し他端は本体外まで伸びた陰極支持材と、該陰極支持材
と本体内面の間に介在し両者を絶縁するとともに陰極支
持材を固定する絶縁材と、本体に取付けられ推進薬を供
給する推進薬供給管と、該推進薬供給管に連通し、本体
内面と前記絶縁材との間に螺旋状に設けられ、次いで絶
縁材内を経て前記陰極ロッドまで伸びた推進薬流路と、
を備えたものである。
【０００７】
【作用】ノズルの噴射口近傍の陰極ロッドと陽極を構成
するノズルとの間でアーク放電が行われ、陰極ロッドに
沿って供給される推進薬は昇温し陽イオンと電子が混在
するプラズマ状態となり、ノズル噴射口より噴射され、
この運動エネルギーにより推力が発生する。このプラズ
マによりノズルとノズルに接続された本体も加熱される
が、加熱は円周方向に一様ではない。一方、本体より低
温で供給される推進薬は本体内面と螺旋状に接して本体
を円周方向に均一に冷却するので、本体の温度分布も円
周方向均一になり熱歪みが少なくなる。この際、推進薬
は本体との熱交換により温度が上昇してノズル噴射口近
傍に供給され、アーク放電によりプラズマとなるのでプ
ラズマ化される効率が良くなり推力が増加する。また、
推進薬供給管は本体に設けられているので本体と同電位
となり、推進薬供給管およびこれに接続する推進薬供給
装置を絶縁する必要はない。
するノズルとの間でアーク放電が行われ、陰極ロッドに
沿って供給される推進薬は昇温し陽イオンと電子が混在
するプラズマ状態となり、ノズル噴射口より噴射され、
この運動エネルギーにより推力が発生する。このプラズ
マによりノズルとノズルに接続された本体も加熱される
が、加熱は円周方向に一様ではない。一方、本体より低
温で供給される推進薬は本体内面と螺旋状に接して本体
を円周方向に均一に冷却するので、本体の温度分布も円
周方向均一になり熱歪みが少なくなる。この際、推進薬
は本体との熱交換により温度が上昇してノズル噴射口近
傍に供給され、アーク放電によりプラズマとなるのでプ
ラズマ化される効率が良くなり推力が増加する。また、
推進薬供給管は本体に設けられているので本体と同電位
となり、推進薬供給管およびこれに接続する推進薬供給
装置を絶縁する必要はない。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は実施例の断面図を示す。本体１は
中空円筒でモリブデンで構成され、先端にノズル２が接
合されている。ノズル２は中心に噴射口２ａを有しタン
グステンで構成されている。陰極ロッド３は本体１の中
心線と同一軸心を有し、先端がノズル２の噴射口２ａ近
傍まで伸び酸化トリウムを２％含むタングステンで構成
されている。陰極支持材４は本体１の中心線と同一軸心
を有し、一端で陰極ロッド３を固定し他端は本体１より
外側まで伸びており、モリブデンで構成されている。本
体内面と陰極支持材４の間、ノズル２内面と陰極ロッド
３の間には絶縁材５が設けられ、温度が高くなるノズル
２側は窒化ほう素絶縁材５ａが用いられ、温度の低い反
対側はセラミックス絶縁材５ｂが用いられている。
して説明する。図１は実施例の断面図を示す。本体１は
中空円筒でモリブデンで構成され、先端にノズル２が接
合されている。ノズル２は中心に噴射口２ａを有しタン
グステンで構成されている。陰極ロッド３は本体１の中
心線と同一軸心を有し、先端がノズル２の噴射口２ａ近
傍まで伸び酸化トリウムを２％含むタングステンで構成
されている。陰極支持材４は本体１の中心線と同一軸心
を有し、一端で陰極ロッド３を固定し他端は本体１より
外側まで伸びており、モリブデンで構成されている。本
体内面と陰極支持材４の間、ノズル２内面と陰極ロッド
３の間には絶縁材５が設けられ、温度が高くなるノズル
２側は窒化ほう素絶縁材５ａが用いられ、温度の低い反
対側はセラミックス絶縁材５ｂが用いられている。
【０００９】推進薬供給管７は本体１の外面に先端に取
付けられたフランジ８で取付けられ、取り合い面には炭
素ガスケット９が用いられている。推進薬供給管７に連
通して本体内面に沿って絶縁材５ａに螺旋状流路６ａが
形成されている。螺旋状流路６ａは陰極ロッド３の後端
近傍で陰極支持材４に近寄り、これと平行な流路６ｂと
なり、さらに陰極ロッド３の周囲の流路６ｃとなり、推
進薬流路６を形成する。
付けられたフランジ８で取付けられ、取り合い面には炭
素ガスケット９が用いられている。推進薬供給管７に連
通して本体内面に沿って絶縁材５ａに螺旋状流路６ａが
形成されている。螺旋状流路６ａは陰極ロッド３の後端
近傍で陰極支持材４に近寄り、これと平行な流路６ｂと
なり、さらに陰極ロッド３の周囲の流路６ｃとなり、推
進薬流路６を形成する。
【００１０】このように構成された装置に対し本体１が
正電位、陰極支持材４が負電位となるよう電圧を印加す
ると、ノズル２は陽極となり、陰極ロッド３が陰極とな
ってアーク放電が発生する。これとともに推進薬供給管
７より推進薬としてヒドラジンを供給する。推進薬はア
ークの中でプラズマ状になり体積が膨張して噴射口２ａ
より噴射され運動エネルギとなり推力を発生する。ノズ
ル２はアーク放電により加熱され１１００℃程度までに
なり、本体１もノズル２からの伝熱により加熱され、Ａ
点近傍で９００℃程度となる。この加熱は本体１の円周
方向に必ずしも均一ではない。
正電位、陰極支持材４が負電位となるよう電圧を印加す
ると、ノズル２は陽極となり、陰極ロッド３が陰極とな
ってアーク放電が発生する。これとともに推進薬供給管
７より推進薬としてヒドラジンを供給する。推進薬はア
ークの中でプラズマ状になり体積が膨張して噴射口２ａ
より噴射され運動エネルギとなり推力を発生する。ノズ
ル２はアーク放電により加熱され１１００℃程度までに
なり、本体１もノズル２からの伝熱により加熱され、Ａ
点近傍で９００℃程度となる。この加熱は本体１の円周
方向に必ずしも均一ではない。
【００１１】一方、推進薬供給管７からは６００℃程度
の推進薬が供給され、螺旋状流路６ａを通って本体内面
を円周方向均一に冷却し、流路６ｂ，６ｃを通り、陰極
ロッド３の先端に供給され、アーク放電中でプラズマ状
になる。これにより本体１は円周方向に均一な温度分布
となり熱歪みや熱応力の発生が少なくなる。また推進薬
は本体１との螺旋状流路６ａでの熱交換により温度が上
昇してアーク放電中に供給されるのでプラズマ化が促進
され推力が増加する。なお、推進薬供給管７およびこれ
に接続する図示しない推進薬供給装置は本体１に接続し
ているので、図３の装置のように本体１に対し絶縁をす
る必要はない。
の推進薬が供給され、螺旋状流路６ａを通って本体内面
を円周方向均一に冷却し、流路６ｂ，６ｃを通り、陰極
ロッド３の先端に供給され、アーク放電中でプラズマ状
になる。これにより本体１は円周方向に均一な温度分布
となり熱歪みや熱応力の発生が少なくなる。また推進薬
は本体１との螺旋状流路６ａでの熱交換により温度が上
昇してアーク放電中に供給されるのでプラズマ化が促進
され推力が増加する。なお、推進薬供給管７およびこれ
に接続する図示しない推進薬供給装置は本体１に接続し
ているので、図３の装置のように本体１に対し絶縁をす
る必要はない。
【００１２】図２は本実施例と図３に示した従来例との
推進効率を比較した図である。本実施例が螺旋状流路６
ａを採用して本体１と推進薬とで熱交換をする構造にし
た点以外は、寸法、構造、材質等は同じとしている。横
軸は比入力で、ノズル２と陰極ロッド３に供給する電力
を推進薬の単位時間当たりの重量で割った値である。縦
軸は推進効率で推力となった電力を供給した電力で割っ
た値である。推進薬はヒドラジンを用い流量を変えてテ
ストしている。丸は２５ｍｇ／ｓ、三角は２２．５ｍｇ
／ｓ、四角は２０ｍｇ／ｓで白抜きが本実施例、黒塗り
が従来例を示す。推進効率はいずれの流量の場合も本実
施例の方が大きくなっており、螺旋状流路６ａにより本
体１と推進薬とで熱交換して推力を大きくした効果が現
れている。
推進効率を比較した図である。本実施例が螺旋状流路６
ａを採用して本体１と推進薬とで熱交換をする構造にし
た点以外は、寸法、構造、材質等は同じとしている。横
軸は比入力で、ノズル２と陰極ロッド３に供給する電力
を推進薬の単位時間当たりの重量で割った値である。縦
軸は推進効率で推力となった電力を供給した電力で割っ
た値である。推進薬はヒドラジンを用い流量を変えてテ
ストしている。丸は２５ｍｇ／ｓ、三角は２２．５ｍｇ
／ｓ、四角は２０ｍｇ／ｓで白抜きが本実施例、黒塗り
が従来例を示す。推進効率はいずれの流量の場合も本実
施例の方が大きくなっており、螺旋状流路６ａにより本
体１と推進薬とで熱交換して推力を大きくした効果が現
れている。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は本体の内面に沿って螺旋状に推進薬を通して本体と熱
交換することにより、本体を円周方向に均一な温度分布
として熱歪みや熱応力を少なくするとともに推力を増加
することが出来る。また、推進薬供給管を本体に接続し
ているので、推進薬供給管およびこれに接続する推進薬
供給装置を、本体から絶縁する必要はない。
は本体の内面に沿って螺旋状に推進薬を通して本体と熱
交換することにより、本体を円周方向に均一な温度分布
として熱歪みや熱応力を少なくするとともに推力を増加
することが出来る。また、推進薬供給管を本体に接続し
ているので、推進薬供給管およびこれに接続する推進薬
供給装置を、本体から絶縁する必要はない。
【図 １】本実施例の断面図である。
【図 ２】本実施例と従来例との推進効率を示す図であ
る。
る。
【図 ３】従来例の断面図である。
１ 本体 ２ ノズル ２ａ 噴射口 ３ 陰極ロッド ４ 陰極支持材 ５ 絶縁材 ５ａ 窒化ほう素絶縁材 ５ｂ セラミック絶縁材 ６ 推進薬流路 ６ａ 螺旋状流路 ６ｂ，６ｃ 流路 ７ 推進薬供給管 ８ フランジ ９ ガスケット
Claims (1)
- 【請求項１】 中空円筒状で導電性の本体と、該本体の
一端に取付けられ推進ガスの噴射口を有し陽極を構成す
るノズルと、前記本体内に設けられ先端が前記ノズルの
噴射口近傍まで伸びた陰極ロッドと、該陰極ロッドを一
端で固定し他端は本体外まで伸びた陰極支持材と、該陰
極支持材と本体内面の間に介在し両者を絶縁するととも
に陰極支持材を固定する絶縁材と、本体に取付けられ推
進薬を供給する推進薬供給管と、該推進薬供給管に連通
し、本体内面と前記絶縁材との間に螺旋状に設けられ、
次いで絶縁材内を経て前記陰極ロッドまで伸びた推進薬
流路と、を備えたことを特徴とするアークジェットスラ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19026094A JPH0861220A (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | アークジェットスラスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19026094A JPH0861220A (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | アークジェットスラスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0861220A true JPH0861220A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16255191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19026094A Pending JPH0861220A (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | アークジェットスラスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0861220A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107218187A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-29 | 北京航空航天大学 | 一种磁等离子体推力器的阳极水冷结构 |
-
1994
- 1994-08-12 JP JP19026094A patent/JPH0861220A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107218187A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-29 | 北京航空航天大学 | 一种磁等离子体推力器的阳极水冷结构 |
| CN107218187B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-07-09 | 北京航空航天大学 | 一种磁等离子体推力器的阳极水冷结构 |
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