JPS6067789A - プラズマエンジン - Google Patents

プラズマエンジン

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JPS6067789A
JPS6067789A JP17593383A JP17593383A JPS6067789A JP S6067789 A JPS6067789 A JP S6067789A JP 17593383 A JP17593383 A JP 17593383A JP 17593383 A JP17593383 A JP 17593383A JP S6067789 A JPS6067789 A JP S6067789A
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JP
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discharge
cathode
voltage
anode
nozzle
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JP17593383A
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JPS6330503B2 (ja
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Kyoichi Kuriki
恭一 栗木
Shinji Morimoto
森本 進治
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IHI Corp
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IHI Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0012Means for supplying the propellant

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロクッ1〜の推進、実用Wlj星(通信、放
送、気象、資源探査等)の姿勢制御や軌道遷移、大規模
宇宙構造物の建造や運搬等を行うためのプラズマエンジ
ンに関するものである。
プラズマエンジンは、従来の化学ロケット等の推進装置
と比較して、高速噴剣が可能なため宇宙空間における推
進移動のような長距離の進行に適した推進装置どして注
目されつつある。
又、近年は大規模宇宙構造物の建設や実用衛星の大型化
に伴って推進装置の大出力化が要求されている。
、 第1図は中実陰極を装備した従来考えられているプ
ラズマエンジンの一例を示すもので、中実陰極aを適宜
の間隔で包囲するごどく陽1!i bを設け、前記陰極
aと@極すの間を絶縁物Cで絶縁すると共に、前記陰4
!iaとIll極すの間から気化した推進剤d (例え
ばAr 、’Ne 、H2等)を供給するようにしてい
る。図中eは放電電源、fは放電電流を示す。しかしこ
の装置におい′Cは、放電電流fの密度が陰極aの先端
部a′とイ」け根部a″において高くなり、その部分の
プラズマが強く加速されるために、その部分にホラ1−
スポットができて熱電子放出が起こり、第2図に示寸ご
とく電極aの先端部a′と付【プ根部a″が著しく損耗
することが知られている。この現象は大出力を得ようと
して放電電流を大きくした場合に更に顕著になる。又、
このように損耗を受けた部分は凹凸形状を有しているた
めに、放電電流fが集中することになって増々損耗が拡
大される問題があると共に、放電に乱れが生じてプラズ
マエンジン自体の性能を悪化さけてしまう問題がある。
又先端部a′のみの損耗であれば、陰極aを損耗に応じ
て送り出すようにすることにより、長期間使用可能でd
つるが、付は根部a″が損耗したのでは前記したように
放電に乱れを生じるばかりでなく、陰4+ji aが付
は根部a″から切れて脱落しプラズマエンジン自体が作
動されなくなる重大な危険があり、長期間使用が不可能
になる問題がある。
また、このため、第3図に示すごとく、中空陰極を装備
したプラズマエンジンが考えられている。ずなわら、中
空内部を通して推進剤dを送給するようにした中空陰極
Qを陽極すの内側中央部に絶縁物Cを介して設け、且つ
前記陰極Qの外周及び先端部9′を絶縁物Cで包囲する
ようにしている。この装置にJ3いて、放電電流が小さ
いときには、第3図に示すごとく放電電流fが陰極g内
部に広がるために損耗も少ないと共に、陰極g内面温度
の上昇も少なく良好に作動し得る。しかし、プラズマエ
ンジンの出力を上げるべく放電電流を大きくした場合に
は、第4図に示すごとく、放電電流fが陰muの内側先
端部9′に集中して密度が高くなるために、この部分に
ポットスポットができて熱電子放出が起こり、損耗が著
しくなると共に、放電に乱れが生じることになり、大き
な放電型)Atの場合には寿命が短かく長期間使用が実
際上不可能である等の問題点を有していた。
そこで本願出願人は上記問題点を解消するために、特願
昭55−1892f35号(特開昭57−110781
号)に開示したプラズマエンジンを案出した。
一方、特願昭55−189265号及び上記第1回航に
第3図に示すプラズマエンジンの電源部構成は、第5図
に示され、該電源部イ14成11は主放電電源回路+s
 トリガー回路J1逆流防止素子により成っている。主
放電電源回路iどしては、準定常作動の際はインダクタ
ーとキPバシタより構成されたパルス整形回路、定常動
作の際は定電流、定電圧回路が用いられ、逆流防止素子
1(としては一般的にはダイオードが用いられ、又SC
Rが用いられることしある。
而して、プラズマエンジンは、低電圧大電流作動で良好
な性能を達成できることを特長としており、主放電電源
回路1の供給電圧は、普通400〜500v程度で用い
られている。しかし、第5図の右側に示゛す″」ニンジ
ン本体アに推進剤dが噴射されても、供給電圧が400
〜500Vでは放電は開始されない。従って、従来は、
主放電電源回路i以外にトリガー回路jを設け、推進剤
dの噴射と同期してパルス的に高い電圧(1,0〜1,
5K V )を陽極b、陰極8間に印加し、放電のスタ
ー1〜を行っていた。このため、陽極す側(ホラ1〜ラ
イン側)には、[−リガー用の高い電圧が印加され、低
電圧にある主放電電源回路iの素子を破壊する虞れがあ
り、これを防止するため、1〜リガー[!」路j側の高
電圧が低電圧側に印加されないJ:う逆流防止素子kが
配置しである。
しかし、上記電源部構成では、放電開始時のトリガーの
ための高電圧の印加により、低電圧作動が可能である特
長を持つプラズマエンジンのメリッ(〜を生かしてJ3
らず、又逆流防止素子は大電力用となると素子そのもの
が重いとか、素子を冷却するための放電フィンの重ff
i Jllt)重なり、プラズマエンジンシステムの重
量増をbたらしていた。
本発明はトリガー回路及び逆流防止素子を不要にしてプ
ラズマエンジンが本来持っていた特長を引出すことを目
的としてなしたもので、陽極と、該陽極の内側に陽極の
内周に対して所四の間隔を置いて配設された陰極と、陽
極に取付けられ推進剤を陰極に向って噴射し得るように
したノズルとを備え、推進剤の圧力を放電開始電圧によ
り定まる換算電極間距離に基づきコントロールしている
。従って放電開始時にr1u電圧の電源が不要になり、
低電圧作動ににリメリットを奏することが可能となる。
以下、本発明につき図面を参照しつつ説明する。
先ず、本発明の原理について説明すると、放電電極間(
間隔〔1o)にガス(圧力p)が満たされているどき、
放電が開始覆るに必要な電圧は放電開始電圧或いは火花
電圧と呼ばれている。
放雷17fl始電圧は電極形状、電極拐質、ガスの種類
にも依存し、単純に換算電極間部1pdoに依存するも
のではないが、放電開始電圧■ど換算電極間部1tli
tpdoとの関係の〜例は第6図のグラフに示す」:う
な曲線になる。この曲線をパッシェン曲線と呼び、該曲
線から種々のガスについて放雷1eft始電圧V h<
最小となる摸璋電極間距離pdoがあることが分る。そ
して、このときの最小放電開始重用Vmin、は300
〜500Vである。
プラズマエンジンの主成N電源回路電圧は400〜50
0Vであることを考えると、放電開始時のみプラズマエ
ンジン本体の陽極及び陰極間にudoが最小となるよう
な条イ!Lを作ることによって第5図に示すトリガー回
路jを省略づ−ることができることが分る。特に放電の
開始は、先ず陰極から電子が放出され、陽極によって電
子が加速され、電極間のガスを順次電画して1jりるか
どうかにかかっている。このため、陰極近傍に適当なガ
ス圧力になるよろ推進剤の噴04を覆ることが必要条件
であり、陽極側のガス圧力には比較的鈍感であることが
実験的にも明らかであ=った。
次に本発明の実施例について説明覆る。
第7図は本発明の一実施例を示し、電極1の中空部に、
一端部が陽極1中空部の中途部に位置するよう絶縁物2
を嵌合せしめ、該絶縁物2の中空部に、先端部が絶縁物
2より前方へ突出して陽極1の先端部近傍まで延びる中
実陰極3を嵌合せしめ、陽極1の内周と陰極3の外周と
の間に適宜の間隔d。を形成せしめる。電極(イ料は、
陽極1は例えば酸化トリウム含侵タングステンが使用さ
れ、陰極3は仕事関数が低い金属例えばバリウム或いは
酸化バリウムを含侵したタングステンが使用される。
陽極1内周と絶縁物2外周との間に、111進剤送給!
B4を設けると共に絶縁物2の後方に螺着し1=ノズル
5から前記推進剤送給路4へ推進剤送給路6を介して推
進祠を送給し得るようにし、絶縁物2内周と陰極3どの
間にm進剤送給路10を設けると共に絶縁物2の後方に
螺着したノズル7から前記+11進剤送給路10へ推進
剤送給路8を介しで推進剤を送給し青るようにする。又
、陽tii1に、軸線が陰極3の中心側に向き且つ推進
剤を絶縁物2の一端部近傍に噴射し得るようl′− にしたノズル9を螺着Uしめる。ノズル5,7.9は、
夫々必要に応じ任意の叫数設けるが、複数段【プる場合
には、円周方向に略等間隔になるよう配設Jる。
次に作用について説明J−る。
ブラズS?1ンジンの作動にJ3いては、推進剤送給路
4,10より電4fi袖線方向へ向けて推進剤を略平行
に噴射すると共にノズル9から陰極3側へ向けて推進剤
を圧ツノコントロールしてパルス的に噴射し、陽極1と
陰極3との間で放電を行わせる。ノズル9から噴射され
る推進剤の圧力0は次のようにしてコントロールされる
一オなわち、放電電源回路電圧は400〜500Vであ
るから、この電圧が放電開始電圧になるよう、第6図に
示す換算電極間距離Ddoが選定され、又@極1と陰極
3間の間隔d。は一定であるため、換算M極間距I!!
IIpdoにより圧力1)が決定され、コントロールさ
れる。
放電が開始されると、先ずノズル9から噴射された推進
剤が電離してプラズマ状態のまま電磁的に後方へ向(プ
て加速され、続いてJlt進剤送給路4,6より噴射さ
れた推進剤が順次電離してプラズマ状態のまま電磁的に
加速され、推力が発生する。ノズル9からの推進剤を陰
極3に向(プて噴射するのは、放電開始時にノズル9か
ら噴射される推進剤の拡散を防止づるためCあり、又絶
縁物2表面での沿面放電を活用した方が右利となるため
である。
第8図は本発明の他の実施例で、本実施例では、陽極1
と絶縁物2の間及び絶縁物2と陰極3の間に推進剤送給
路を設けず、ノズル9を複数個設けるようにしている。
図中第7図に示す符号と同一の符号のものは同一のもの
を示1゜斯かる構成としても前記実施例と同様に放電を
開始することができる。
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく
本発明の要旨を逸JIRしない範囲内で種々変更を加え
得ることは勿論である。
本発明のプラズマエンジンにJ:れば、放電開始時に高
電圧が不要となるから別器が破損しにくく寿命が長期化
し1、又l・リガー回路及び逆流素Pが不要となる/)
+ +ろ小量が軽減されて価格が安価になり、陰極に仕
事関数が低い材料を含浸させた材料を使用すれば電極寿
命も長くなり、プラズマエンジンが本来持っている低電
圧作動によるメリッ1〜を十分に発揮できる、等種々の
′優れた効果を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は中実l13極を装備した従来のプラズマエンジ
ンの一例を示す切断側面図、第2図は第1図の中実陰極
の損耗状態を示す説明図、第3図は中空陰極を装備した
従来のプラズマエンジンの切断側面図、第4図は第3図
の放電状態の説明図、第5図は上記プラズマエンジンの
電源部構成の説明図、第6図−は放電U11始雷J]−
ど換0電極間距離との関係を示す曲線を表ね1グラフ、
第7図は本発明のプラズマエンジンのf51実施例を示
す断面図、第8図は本発明のブラズン゛[ンジンの第2
実施例を示す断面図である。 図中1は陽極、2は絶縁物、3は陰極、4は推進剤送給
路、5はノズル、6は推進剤送給路、1はノズル、8は
推進剤送給路、9はノズル、10は推進剤送給路を示す
。 特 許 出 願 人 石川島播磨臣工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1) 陽極の内側に、陽極内周に対して所要の間隔を置
    いて陰極を配設し、前記陽極に、放゛電聞始電圧にJ、
    り定まる換算電極間距離に基づき圧力をコントロールさ
    れた推進剤を陰極へ向って噴射し1(するJ、うにした
    ノズルを設けたことを特徴とするプラズマエンジン。
JP17593383A 1983-09-22 1983-09-22 プラズマエンジン Granted JPS6067789A (ja)

Priority Applications (1)

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JP17593383A JPS6067789A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 プラズマエンジン

Applications Claiming Priority (1)

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JP17593383A JPS6067789A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 プラズマエンジン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6067789A true JPS6067789A (ja) 1985-04-18
JPS6330503B2 JPS6330503B2 (ja) 1988-06-17

Family

ID=16004787

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JP17593383A Granted JPS6067789A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 プラズマエンジン

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7246483B2 (en) 2004-07-21 2007-07-24 United Technologies Corporation Energetic detonation propulsion

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