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Elucidation of Diffusion Flame Mechanism of Liquid Oxygen-Solid Fuel and its Application to End-Burning Hybrid Rocket

Research Project

Project/Area Number 19K04832
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Wakita Masashi  北海道大学, 工学研究院, 助教 (80451441)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 永田 晴紀  北海道大学, 工学研究院, 教授 (40281787)
添田 建太郎  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (30795050)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsハイブリッドロケット / 端面燃焼 / 液体酸化剤 / 固体燃焼 / 拡散火炎 / 推進 / 3Dプリンタ / 端面燃焼式ハイブリッドロケット / 液体酸素
Outline of Research at the Start

本研究は、高い燃焼効率、優れたスロットリング特性、固体ロケットをも凌ぐ燃焼速度等の多くの利点を有し,H27-28年度の挑戦的萌芽研究において本提案者らによって初めて実証された「端面燃焼式ハイブリッドロケット」を実用化する事を目指して、
・気体酸素ではなく液体酸素を直接供給した場合の基礎燃焼特性を解明する。
・燃料のガス化速度を液体酸素流量および雰囲気圧力の関数として取得する。
・ロケットとして成立する設計点を見出し、小型モータにより性能を実証する
ことを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we clarified the basic combustion characteristics when liquid oxygen is used as an oxidizer instead of gaseous oxygen, aiming at the practical application of "end-burning" hybrid rocket. Combustion experiments were also conducted using single-port and multi-port fuels with high toughness that can withstand the cooling of liquid oxygen, and it was confirmed that "end-burning" combustion is possible even with liquid oxygen supply. Furthermore, the dependence of fuel regression rate on port diameter and pressure was confirmed, and the knowledge necessary to examine the feasibility of "end-burning" hybrid rockets was obtained.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、これまで気体酸化剤でしか得られていなかった端面燃焼が液体酸化剤(液体酸素)においても確認され、端面燃焼式ハイブリッドロケットが液体酸素でも成立することが確認された。また液体酸素を用いた場合の端面燃焼における基礎燃焼特性の解明や燃焼モデルに基づく関係式の導出により、高い燃焼効率、優れたスロットリング特性、固体ロケットをも凌ぐ燃焼速度等の多くの利点を有する本方式の実用化に向けて必要不可欠な知見を得ることができた。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Stabilized combustion of circular fuel duct with liquid oxygen2020

    • Author(s)
      Tsuji Ayumu、Saito Yuji、Kamps Landon、Wakita Masashi、Nagata Harunori
    • Journal Title

      Proceedings of the Combustion Institute

      Volume: 38 Issue: 3 Pages: 4845-4855

    • DOI

      10.1016/j.proci.2020.07.001

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 液体酸素が流れる固体燃料管列の燃え拡がり特性2022

    • Author(s)
      野中響己、津地歩、李介維、永田晴紀、脇田督司
    • Organizer
      令和3年度宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 液体酸素を用いる端面燃焼式ハイブリッドロケット実機開発にむけた基盤データ構築2022

    • Author(s)
      李介維,野中響己,鈴木翔,深田真衣,ケンプス ランドン, 脇田督司,永田晴紀
    • Organizer
      日本機械学会北海道学生会第51回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 端面燃焼式ハイブリッドロケットの推力制御応答に関するシミュレーション2020

    • Author(s)
      津地歩, 深田真衣, 山田藍, 脇田督司, 永田晴紀
    • Organizer
      2020年度日本機械学会年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Stabilized Combustion of Circular Fuel Duct with Liquid Oxygen2020

    • Author(s)
      Ayumu Tsuji, Yuji Saito, Landon Kamps, Masashi Wakita, Harunori Nagata
    • Organizer
      38th International Symposium on Combustion
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stabilized Combustion of Circular Fuel Duct with Liquid Oxygen2020

    • Author(s)
      Ayumu Tsuji, Yuji Saito, Kamps Landon, Masashi Wakita, Harunori Nagata,
    • Organizer
      38th International Symposium on Combustion
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液体酸素供給端面燃焼式ハイブリッドロケットの設計と実現可能性検討2019

    • Author(s)
      津地歩, 脇田督司, 永田晴紀
    • Organizer
      第2回ハイブリッドロケットシンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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