2018 Fiscal Year Research-status Report
Practical use study of the Axial-Injection End-Burning Hybrid Rocket Motor
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17K06943
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
添田 建太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (30795050)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 晴紀 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40281787)
田丸 博晴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (30292767)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ハイブリッドロケット / 端面燃焼 / 光造形 / 燃焼応答特性 / 消炎距離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，高い燃焼効率や優れたスロットリング特性等の多くの利点を有し，H27-28 年度の挑戦的萌芽研究において本提案者らによって初めて実証された「端面燃焼式ハイブリッドロケット」についての実用化を目指している．本目標を達成するために，平成30年度は下記の3つについて研究を進めてきた．
１．造形燃料の高精度大型化及び量産化：3Dプリンタによる燃料造形において，高い生産性で，高精度，大型化が可能な造形条件を見出した．
２．応答特性の解明：燃焼に必要な酸化剤供給ラインにバルブ4つを並列に接続し，バルブのON／OFF制御によって酸化剤流量を増加／減少させて燃焼実験を行った．急激に酸化剤流量を増減させたとき，燃焼室圧力の立ち上がりに大幅な時間（応答時間）を要することが実験によって明らかとなった．また応答時間を詳細に検討するために，ニードルバルブ上にステッピングモータを設置しモータ開度によって酸化剤流量を細かく変化させて燃焼実験を行った．酸化剤流量の変化量が大きいときに応答時間も大きくなる関係を実験によって示した．
３．燃焼機構の解明：燃焼速度は火炎から固体燃料への局所熱伝達率で決まり，局所熱伝達率は火炎温度と消炎距離により決まると考えられる．消炎距離は化学反応速度に支配されている可能性が高いが，これを実験的に確認するために，これまでの純酸素に加え，亜酸化窒素を酸化剤とした単ポートでの燃焼実験を行った．燃料後退速度は純酸素と比較すると亜酸化窒素を酸化剤としたとき，1/10程度減少することが分かった．
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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
下記3項目の進捗を研究計画と総合的に比較し，おおむね順調に進展していると判断した．
１．造形燃料の高精度大型化及び量産化：高精度大型化した燃料の精度を保ったまま、複数本（最大３本）の燃料を同時に造形できるようになった．
２．応答特性の解明：推力制御中の時間応答特性およびヒステリシス特性に関しての実験データの取得は順調である．時間応答特性に関しては，燃料出口端面で形成される拡散火炎群の挙動に関する仮説を立て，燃焼実験でもそれを支持する結果となっている．ヒステリシス特性に関してもヒステリシスが発生する推力履歴が特定できるようになった．
３．燃焼機構の解明：酸化剤が通過するホートが１本だけのシングルポートの燃料を造形し、端面から燃焼させることで形成される安定燃焼火炎の詳細な観察および酸素流速が連続的に変化する燃料流路内を燃え広がる火炎の観察を行い、燃焼機構に関する重要な知見を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．造形燃料の高精度化：本年度はX線CTが導入されることになったため、燃料内に形成されたポートの内径や位置精度などを手軽に測定することができるため、より一層の造形精度の向上を目指す．
２．応答特性の解明：ヒステリシス特性の解明を行うために，実験的な調査が必要である．燃料内の温度分布がヒステリシス特性に大きく影響を与えている可能
性が高い．高圧条件では燃料後退速度が10 mm/s と非常に速くなるため，燃焼室圧力を変えてヒステリシス特性の調査を進めていく．
３．燃焼機構の解明：アクリル中に形成される安定燃焼火炎の観察を更に進める。特に燃料中の温度場に着目し、安定燃焼火炎の進展速度が決定される機構を明らかにする．
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