航空宇宙機用タービン革新：デトネーション半径方向末広超音速タービンの物理解明

• Project/Area Number: 18KK0127
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 笠原 次郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312435)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70276418) ; 船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50311171) ; 松岡 健 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40710067) ; 川崎 央 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20802242)
• Project Period (FY): 2018-10-09 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 超音速タービン / デトネーション / 航空宇宙工学 / デトネーションエンジン

Outline of Annual Research Achievements

申請者らの超小型デトネーション燃焼器による超音速ジェットを、米国研究者らが着想した超音速流ラジアルタービン（半径方向外向きに流れながら、流路は拡大し，速度は増加する）に吹き込むことで，極めて小型で高効率な航空宇宙用（超軽量・高効率）タービンが実現可能との見通しを得ている。しかしながら、そのような小型デトネーション燃焼器＋超音速流ラジアルタービンの物理機構は十分理解できていないない。そこで、本研究では、(1) 申請者らは小型デトネーション燃焼器を製作し、スロートなしの超音速ジェット生成メカニズムの解明を担当し、(2) 米国側は新規着想の超音速タービンの機構を解明し、流れ係数、段負荷ファクターなどタービン特性を求め、さらに、(3) 申請者らと米国側研究者で，米国側研究室にて装置を結合し、小型デトネーション燃焼器＋超音速流ラジアルタービンのシステム物理実証を行い、システムとしての物理特性を解明する。
平成３０年度、令和元年度は、月１回の会議を開催しつつ日本側は小型デトネーション燃焼器の設計・製作を行い高い燃焼効率を達成した。米国側は、新規着想の超音速タービンの機構を設計し、供給部等を含め、可視化研究を実施した。さらに、２０１９年９月１９日、２０日の米国（Purdue大）での共同での実験実施に向けて独自インターフェイスの検討・設計・製作を行った。日本側では、予定された流量での燃焼試験（透明円筒管による可視化・軸方向の圧力分布計測等）を完全に完了し、AIAA Journalへ論文投稿中である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Purdue University(米国)
• [Int'l Joint Research] Purdue University(米国)
• [Presentation] An Experimental Study of In-Space Rotating Detonation Rocket Engine with Cylindrical Configuration (2019)
  • Author(s): A. Kawasaki, R. Yokoo, K. Goto, J.H. Kim, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • Organizer: AIAA Propulsion and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Propulsive Performance of Rotating Detonation Engines in CH4/O2 and C2H4/O2 for Flight Experiment (2019)
  • Author(s): K. Goto, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, D. Nakata, R. Yokoo, J. Kim, I. Funaki, M. Uchiumi
  • Organizer: 7th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rotating Detonation (Lecture 4) (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: Summer School on Detonation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Space flight demonstration of rotating and pulse detonation engines by sounding rocket S520-31 (Invited Overview) (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: The 2nd International Workshop on Near Limit Flames
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Rotating and Pulse Detonation Engines System Development for the Sounding Rocket S520-31 Space Flight Experiment (Plenary Lecture) (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Rocket Application and Sounding Rocket Experiment of Rotating Detonation Engine Technology (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: 10 th Internatinal Workshop on Detonation for Proulsion
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 観測ロケットを用いたデトネーションエンジンの宇宙飛行実証（基調講演，デトネーション分野) (2019)
  • Author(s): 笠原次郎
  • Organizer: 第57回燃焼シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Propulsion Performance of Inner-Cylinder-Less Rotating Detonation Engine (2019)
  • Author(s): R. Yokoo, K. Goto, J. Kim, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • Organizer: SciTech 2019, 57th AIAA Aerospace Science Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Space Flight Demonstration of Rotating and Pulse Detonation Engines by The Sounding Rocket S520-31 (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: The 2nd International Workshop on Near Limit Flames
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Rotating and Pulse Detonation Engines System Development for the Sounding Rocket S520-31 Space Flight Experiment (2019)
  • Author(s): J. Kasahara
  • Organizer: 27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 推進システムエネルギー工学研究グループ
  • URL: http://www.prop.nuae.nagoya-u.ac.jp/