| Project/Area Number |
23K26292
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| Project/Area Number (Other) |
23H01598 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
齋藤 勇士 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50828788)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
波田野 悠夏 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10907504)
桑原 聡文 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30601033)
長田 泰一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (40421862)
臼井 章仁 東北大学, 医学系研究科, 講師 (90588394)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 宇宙推進機 / ハイブリッドロケット / 固体燃料 / データ解析 / コンピュータ断層撮影 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、ハイブリッド推進機の燃焼試験データに基づく時間解像計測と空間解像コンピュータ断層撮影計測を組み合わせた固体燃料の“高”時空間解像計測を行い、ハイブリッド推進機の燃焼機構解明を行う。
挑戦的な宇宙ミッションを実現できるハイブリッド推進機の燃焼機構は簡略化された境界層燃焼モデルによって表現されてきたが、その燃焼状態を高時空間に計測する技術は未だ存在せず、簡略化された境界層燃焼モデル適用範囲は未解明である。本研究グループが提案する革新的な高時空間解像計測によって、ハイブリッド推進機の燃焼機構を基礎燃焼レベルでの解明に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、時間解像計測と空間解像コンピュータ断層撮影計測を組み合わせた固体燃料の“高”時空間解像計測を行い、ハイブリッド推進機の燃焼機構解明を目指している。挑戦的な宇宙ミッションを実現できるハイブリッド推進機の燃焼機構は簡略化された境界層燃焼モデルによって表現されてきたが、その燃焼状態を高時空間に計測する技術は未だ存在せず、簡略化された境界層燃焼モデル適用範囲は未解明である。そこで、本研究では①時間解像計測の高精度化、②高空間解像コンピュータ断層撮影計測、③固体燃料後退の高時空間解像計測の開発、および、④ハイブリッド推進機の燃焼機構解明を行っている。本年度の各研究項目の研究実績を以下にまとめる：
①時間解像計測の高精度化：推力計測を行いながら燃焼試験を実施したが、高精度化に至る推力計測を実施に至っておらず、計測手法の改善が求められる。精度向上だけに留まらず、簡易時間解像計測法を構築し、計算コストの大幅な提言を実現し、学術論文にて発表した。
②高空間解像コンピュータ断層撮影計測：燃料として、PMMA（ポリアクリル酸メチル）とHDPE（高密度ポリエチレン）を対象としたアーチファクトを最小にする計測方法と解析方法の確立を行った。燃料種に応じたWindow Level (WL)・Window Width（WW）の取得に至った。
③固体燃料後退の高時空間解像計測の開発：①および②で取得した手法をもとに、固体燃料後退の高時空間解像計測の開発を行った。簡易数値燃焼試験データを対象とした解析を行い、計算手法の妥当性検証を行い、当初想定の手法から精度改善を行うことができた。
④ハイブリッド推進機の燃焼機構解明：時空間解像計測手法の妥当性検証を行うために、燃焼器内部の燃焼数値計算準備を実施し、ハイブリッド推進機内部の熱流体場をより適切に評価できる環境を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①時間解像計測の高精度化：推力計測において精度向上が求められているが、簡易時間解像計測の開発に成功し、時間解像計測の高精度化を進めることができた。
②高空間解像コンピュータ断層撮影計測：燃料種に応じた適切なCT計測法の確立ができつつある。
③固体燃料後退の高時空間解像計測の開発：簡易数値燃焼試験データを対象とした解析を行い、計算手法の妥当性検証を行い、当初想定の手法から精度改善を行うことができた。
④ハイブリッド推進機の燃焼機構解明：③の確立後に実施予定であるが、時空間解像計測手法の妥当性検証を行うために、燃焼器内部の燃焼数値計算準備を実施し、ハイブリッド推進機内部の熱流体場をより適切に評価できる環境を先に向けて構築することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
①時間解像計測の高精度化：現状の燃焼試験設備では、外燃の影響を受けてしまい、推力値にノイズ成分がのってしまう。信号対雑音比を増加させるべく、ノミナル推力を増加させる、もしくは、最適混合比での燃焼試験実施を行う予定である。
②高空間解像コンピュータ断層撮影計測、③固体燃料後退の高時空間解像計測の開発：解析手法をまとめ学術論文に投稿する。
④ハイブリッド推進機の燃焼機構解明：上記整理後に、ハイブリッド推進機内部の詳細燃焼場に関しての議論を進めていく。
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