2016 Fiscal Year Annual Research Report
ハイブリッドロケットノズル浸食の高精度時系列データ取得と機構解明
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15H04197
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
永田 晴紀 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40281787)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸谷 剛 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00301937)
脇田 督司 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80451441)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ハイブリッドロケット / ロケット / ロケットノズル / ノズル侵食 / 航空宇宙工学 / 燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ハイブリッドロケットで重要な課題として認識されていながら研究が進んでいないノズル浸食を、主に実験的に解明することを目的とする。本年度は、昨年度の成果として確立された、ノズルスロート面積および燃焼ガスの組成の各時間履歴を取得する手法を活用し、以下の成果を得た。
(1) 従来の再現法の発展： 当研究室で開発されてきた、燃焼室圧力、酸化剤流量、および推力の各履歴から燃料流量の履歴を算出する再現法を発展させ、ノズルスロート面積の履歴も合わせて算出する手法の開発に昨年度成功した。本年度はこの手法の精度を詳細に検討すると共に、多くのハイブリッドロケット研究者が利用可能となるよう、市販の研究ツールであるMATLABのプログラムとして整理した。
(2) 地上燃焼実験によるデータ蓄積： 推力200 N級と小規模ながら10秒を超える長時間の燃焼実験が可能な小型燃焼実験モータを新たに製作した。本モータを用いて14回の地上燃焼実験を行い、データを蓄積した。
(3) 共同研究グループの構築：ハイブリッドロケットノズル浸食の数値モデルを開発している、ローマ大学のD. Bianchiらのグループとの共同研究を開始した。2017年度に米国のアトランタで開催される国際学会に共著論文を投稿し、受理された。
(4) ノズル浸食を抑制する材料および表面加工技術：本年度は、CCコンポジット、Siを含侵させたCCコンポジット、炭化タングステン、炭化チタン、およびWC-ZrC-SiC混合粉末を焼結したものを地上燃焼実験により評価した。これまで得られた結果を、各材料の融点、熱伝導率、熱容量、熱膨張率、および引張強度で整理し、各物性値への依存性を整理した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ノズルスロート履歴を取得する手法を構築する、燃料と酸化剤の比率を大きく変化させた条件で地上燃焼実験を数多く実施し、データを蓄積する、ローマ大学のグループと共同研究チームを構築し、ノズル浸食の予測を可能とする技術を構築する、ノズル浸食を抑制する材料および表面処理技術を選定する、という、申請時の研究目標はほぼ達成されつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目標がほぼ達成されたのを受けて、次年度は、酸化剤に亜酸化窒素を追加して燃焼ガスの組成を更に変化させ、実験データを蓄積する計画である。これにより、当初計画以上の広範囲で燃焼ガス組成条件を変更することが可能となり、更なる研究の進展が期待できる。
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