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宇宙用2液推進系の小型化:液体推進剤噴射下のデトネーション燃焼挙動の解明

Research Project

Project/Area Number 22K14422
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

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

Principal Investigator

川崎 央  静岡大学, 工学部, 准教授 (20802242)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywordsデトネーション / デトネーションエンジン / 回転デトネーションエンジン / 往復デトネーションエンジン / ロケットエンジン / 化学推進 / 小型推進系 / 宇宙推進 / 小型推進機 / 燃焼
Outline of Research at the Start

小型の人工衛星を軌道間輸送する技術の確立は、小型宇宙システムの応用範囲を広げる上で重要である。本研究では、小型の軌道間輸送システムに適合的な小推力ロケットエンジンの実現のため、デトネーション燃焼の利用による2液式エンジンの小型化を志向する。これまで、デトネーション研究の主流は気相燃焼に対するものであったが、宇宙推進機に適用する場合には貯蔵効率の良い液体推進剤を取り扱えるメリットは大きく、従って、デトネーション燃焼の適用によりロケットエンジン中の燃焼過程はどのようなものになるのか、という問いについて検討を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、小型の軌道間輸送システムに適合的な小推力化学ロケットエンジンの実現のため、デトネーション燃焼の利用による2元推進剤式ロケットエンジンの小型化を志向している。デトネーションエンジンにおいては、理想的なデトネーション波の大きな衝撃波Mach数に起因して得られる全圧上昇が潜在的メリットとして期待されているものの、推進剤混合の非一様性や推進剤充填の非一様性をはじめとする、実在の燃焼器内の種々の非理想性に起因して、実際には現在までのところ、この潜在的メリットが現実のものとなっていない。そこで、小型ロケットエンジン中の燃焼過程がデトネーション燃焼の適用によりどのようなものとなるのか詳細な検討を行うことを目指している。
本年度は、主として、小型のデトネーションエンジンに適合的で、かつ、実際のデトネーションエンジンにおける燃料・酸化剤混合の非理想性を小型エンジンにおいても低減できる可能性のある予混合型デトネーションエンジンを設計、製作した。本供試体は、いわゆる反射往復型の連続作動デトネーションエンジンであり、燃焼器内部の可視化が容易である。また、従来の類似のエンジンと比べて、デトネーション波の伝播方向の寸法を大きく取っており、壁面でのデトネーション波の反射の影響を低減した内部可視化が可能となっている。また、これと並行して、既存の反射往復型の連続作動デトネーションエンジンにて、インジェクタースケールとデトネーションセルサイズの比率を変化させて、デトネーション波の伝播挙動の観測実験を行なった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度において所属の異動があったが、新たな供試体の設計、製作を完了したこと、新たな実験設備の整備を完了したことに加えて、新たな実験体制の構築を完了し、反射往復型のデトネーションエンジンを用いて、衝撃波の伝播挙動および燃焼挙動の関連を検討する基礎実験に着手できたことから、総合的に判断した。

Strategy for Future Research Activity

申請時計画に基づき、デトネーションエンジン内の燃焼過程について検討を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023 2022

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

  • [Journal Article] Experimental study on detonation-diffraction reflection point distances in hydrogen and gaseous hydrocarbon reactive systems2022

    • Author(s)
      Sun Han、Kawasaki Akira、Itouyama Noboru、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro
    • Journal Title

      Combustion and Flame

      Volume: 245 Pages: 112329-112329

    • DOI

      10.1016/j.combustflame.2022.112329

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 反射往復デトネーション燃焼器における不均一混合気中を伝播するデトネーション波の挙動に関する可視化実験2024

    • Author(s)
      井上晴菜、川﨑央、永岡祐、伊東山登、松岡健、笠原次郎、松尾 亜紀子、船木 一幸
    • Organizer
      第63回航空原動機・宇宙推進講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] An Experimental Investigation of the Initial Temperature Dependence of a Characteristic Length Scale Associated with Detonation Diffraction2023

    • Author(s)
      Akira KAWASAKI, Yusei KIKUCHI, Han SUN, Noboru ITOUYAMA, Ken MATSUOKA, Jiro KASAHARA, Akiko MATSUO
    • Organizer
      29th International Colloquia On the Gasdynamics of Explosions And Reactive Systems
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] デトネーション燃焼器で駆動されるオープンサイクルMHD発電システムの概念検討2023

    • Author(s)
      川﨑央、松本正晴
    • Organizer
      2023年度 新エネルギー・環境研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Data-driven Modeling of Reflection Point Distance Relevant to Diffracting Detonation Wave by using Machine Learning2022

    • Author(s)
      A. Kawasaki, H. Hasegawa, H. Sun, H. Watanabe, N. Itouyama, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • Organizer
      28th The International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 回折デトネーションにおける反射点距離の初期温度依存性に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      菊地 湧生,川﨑 央,孫 涵,伊東山 登,松岡 健,笠原 次郎,
    • Organizer
      第60回燃焼シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 反射点距離による水素及び炭化水素燃料を含む化学反応系の爆轟性の定量評価,2022

    • Author(s)
      孫 涵, 川﨑 央, 伊東山 登, 松岡 健, 笠原 次郎
    • Organizer
      第54回流体力学講演会/第40回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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