水推進機の多機能化に向けた水-金属粉体燃焼による1N級小型推進機の実験的研究
| Project/Area Number |
22KJ0580
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| Project/Area Number (Other) |
21J20721 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
室原 昌弥 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 金属燃焼 / 小型宇宙機 / 小型推進機 / 粉体燃焼 / 混相流 / 大推力小型推進機 / 水-粉体金属燃焼 / 燃焼効率測定 / 粉体輸送 / 微小重力 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，水-粉体金属による燃焼反応を利用した小型宇宙機用推進機実現を目的とする．そのために，燃焼機構及び燃焼室・ノズル内部での粉体挙動を解明し，推進機として構築する．水とアルミニウムは高い安全性，エネルギー密度を有し，宇宙空間でも入手が可能という利点がある．本研究では100 kPaを下回る低圧水蒸気雰囲気での粉体金属の燃焼機構および推進機内部の粉体挙動を解明し，推力測定により推進性能を取得する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は水-粉体金属による燃焼反応を利用し，大推力小型宇宙機用推進機の実現を目的としている．本研究にて得られた水蒸気流れ場中でのアルミニウム粉末燃焼実験の結果は論文としてまとめ，TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCESに掲載されている．
今年度の研究の推進方策では１）推進機実機を念頭に置いたブレッドボードモデル（BBM）の開発，および２）金属燃焼によって生成される凝縮性粒子の観察，の２点を挙げていた．本件に関して，2023年度よりチューリッヒ応用科学大学との本格的な共同研究を開始した．共同研究により，小型パルス式粉体供給機の開発および噴射特性の取得を完了した．本結果はパルス式供給が定常供給を上回る噴射特性を持つことを示しており，この結果は現在論文としてまとめている．科研費による研究成果であることも踏まえ，国内論文誌へ投稿予定である．また，本粉体供給機と0.1Uオーダーの小型燃焼室との統合を完了した．これにより実機により近いパルス式連続作動や，ノズルから排出される凝縮性粒子の観察が可能となった．ハイスピードカメラやバンドパスフィルターを用いた観測により，凝縮性粒子のほとんどが1 mm以下であり，スペースデブリ抑制の観点からの規制を受けないであろうことが分かった．また，精密な粒子径観測において，アルミニウム蒸気や一酸化アルミニウムなどの輝線観測が有効であることが分かった．
以上により，今年度はチューリッヒ応用科学大学との共同研究の本格化，ブレッドボードモデルの開発，および凝縮性粒子の観察と径取得を完了した．
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
