2000 Fiscal Year Annual Research Report
空気液化サイクルエンジンのシステム性能に関する研究
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11450374
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
上條 謙二郎 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90282003)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻本 良信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50112024)
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10312662)
尾池 守 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (70292282)
山田 仁 航空宇宙技術研究所, ロケット部, 室長
田村 洋 航空宇宙技術研究所, ロケット部, 室長
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| Keywords | 空気液化 / ロケットエンジン / 熱交換器 / 液体水素 / 液体空気 / 二相流 |
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| Research Abstract |
本研究は完全再使用型宇宙輸送系の研究開発に資するため大気中飛行時の比較的低速度域における推進系に空気液化サイクルエンジン(Liquid Air Cycle Engine:LACE)を用いるロケットベース複合エンジン(Rocket Based Combined Cycle:RBCC)を対象として、LACEのキーテクノロジーと考えられる空気液化・分離技術の確立を図るとともに、このロケットベース複合エンジンを用いる宇宙輸送システムの最適化に必要となるLACE性能を明らかにすることを目的とする。
空気液化能力の向上を目的として熱伝導性の良い材料を用いた小型熱交換器により、液体水素で窒素(空気を模擬)を液化する試験を広範囲な条件下で行った。熱通過率の改善により液化率の向上が得られ、また数値計算モデルの構築に必要なデータを取得した。LACEの比推力(Isp)を予測する方法として液化部の温度効率ならびに予冷部の温度効率を用いるのが極めて有効であることを明らかにし、タービン駆動を燃焼室冷却後の水素ガスで行う基本LACEシステムにおける比推力(Isp)の値はマッハ数1〜3.5の範囲で800秒〜1,000秒程度を予測した。さらにターボポンプ・タービンの駆動ガス量を減ずることのできるタップオフサイクルの採用、空気液化量を増すための液体水素ポンプ吐出圧力の最適化や過冷却液体水素の採用により空気液化率を高めることができ、大幅に比推力を上げることができることを明らかにした。また、燃焼性能の向上や安定化を目的として、液化空気の高酸素濃度化の実験を行うためのボルテックスチューブの試作・試験に着手した。
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