2017 Fiscal Year Research-status Report
Experimental Study on Detonation Wave Actuator
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17K18937
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
笠原 次郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312435)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70276418)
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
松岡 健 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40710067)
川崎 央 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20802242)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / デトネーション / 推進工学 / 輸送機器 / 熱工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、アクチュエータを試作し、かつ、アレイ化するための予備的研究を行った。これまで開発に成功してきた回転デトネーションエンジン技術を応用して、デトネーションアクチュエータを製作し、高速ジェットの推力特性を測定し、理論性能（適性膨張を仮定した場合）の８５％の推力が発生することを確認した。アクチュエータは、制御信号のONが入力されば、燃料（エチレン）と酸化剤（酸素）のバルブが開となり、燃焼器部に気体が投入され、点火し、回転デトネーション波が発生し、高速ジェットを生成でき、OFFにすると、停止する仕組みとした。エンジンの目標応答時間は100 ms、Ispは220 secを達成している。内筒部の半径を変化させた回転デトネーションアクチュエータ作動実験を行い、適性な作動が可能な内筒の臨界半径が15 mm程度であることを推力・可視化計測で確認した。内筒なしで、超小型のデトネーションアクチュエータが実現可能であることを実験によって確認した。特に、推力と周囲圧力、インジェクター部の流出運動量の計測によって、一次元的な膨張でありながら、既燃気体が超音速に加速していることを確認し、これまでの常識とは異なる膨張過程であることを確信させる実験結果を得た。これらの成果は、２０１８年８月ダブリン開催の国際燃焼シンポジウムの口頭発表に採択された。さらに、次年度に向けた冷却機構の検討、熱伝達計測を行い、熱伝達率の計測にも成功した。
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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
内筒部の半径を変化させた回転デトネーションアクチュエータ作動実験を行い、適性な作動が可能な内筒の臨界半径が15 mm程度であることを推力・可視化計測で確認した。内筒なしで、超小型のデトネーションアクチュエータが実現可能であることを実験によって示すことができた。この結果は、デトネ－ションエンジン研究分野では、実験にて始めて確認されたことで、高い新規性を有するため。
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| Strategy for Future Research Activity |
アレイ化したデトネーションアクチュエータを胴体・翼に埋め込み、風洞試験にて、揚力、抗力、回転力、推力を計測する。胴体及び翼形状に対し、アクチュエータアレイを統合させ、風洞実験を行う。6分力天秤を用いて、抗力、推力、揚力、回転モーメントを計測し、機体の統合性能として、揚抗比（L/D）、推力、比推力(Isp)、燃料消費率（TSFC）を実験的に取得する。また、回転トルク計測結果から、姿勢の変更がどの程度の範囲で可能なのかを検証する。また、翼（機体）姿勢の安定性を十分な確保できるかを調査し、縦、横、方向の安定微係数を実験的に決定する。この計測結果から、既存機体とは異なるエンジン機体統合形状を提案する。
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| Causes of Carryover |
単円筒デトネーションアクチュエータの研究成果が計画以上であり、翌年度に、より精度の高い加工を実施することが適切であると判断したため、経費を繰り越した。
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Research Products
(20 results)
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[Presentation] Preliminary Experiments on Rotating Detonation Rocket Engine for Flight Demonstration Using Sounding Rocket2018
Author(s)
K. Goto, J. Nishimura, J. Higashi, H. Taki, T. Ukai, Y. Hayamizu, K. Kikuchi, T. Yamada, S. Watanabe, K. Hotta, T. Inakawa, A. Kubota, M. Yamaguchi, T. Daicho, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
Organizer
SciTech 2018, 56th AIAA Aerospace Science Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] 宇宙機ロール制御用S型パルスデトネーションスラスタの低背圧推進性能評価2018
Author(s)
鵜飼 貴斗, 瀧 春菜, 後藤 啓介, 西村 純平, 東 純一, 速水 雄規, 松岡 健, 川崎 央, 笠原 次郎, 安田 一貴, 森 謙太, 八木橋 央光, 中田 大将, 内海 政春, 東野 和幸, 松尾 亜紀子, 船木 一幸
Organizer
平成29年度衝撃波シンポジウム
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[Presentation] Study on Rotating Detonation Engine Performance in Low Ambient Pressure for Sounding Rocket Flight Experiment2017
Author(s)
J. Kasahara, K. Matsuoka, A. Kawasaki, K. Goto, J. Nishimura, J. Higashi, H. Taki, T. Ukai, Y. Hayamizu, K. Hiroyuki, T. Yamada, S. Watanabe, K. Hotta, T. Inakawa, Y. Kubota, M. Yamaguchi, T. Daicho, A. Matsuo, I. Funaki, K. Yasuda, K. Mori, H. Yagihashi, D. Nakata, M. Uchiumi, K. Higashino
Organizer
International Workshop on Detonation for Propulsion 2017
Int'l Joint Research / Invited
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