2021 Fiscal Year Annual Research Report
液体酸素－固体燃料の拡散燃焼機構の解明と端面燃焼式ハイブリッドロケットへの適用
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19K04832
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
脇田 督司 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80451441)
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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)
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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ハイブリッドロケット / 端面燃焼 / 3Dプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度に実施した研究の成果：前年度までは東京大学の有する高精度3Dプリンタを用いて造形した光硬化性樹脂燃料を用いて実験を行っていたが、酸化剤として用いる液体酸素は極低温流体であるため、熱応力が発生し燃料割れが頻発していた。本年度は従来の光硬化性樹脂燃料に代わる新しい燃料として靭性の高いキーエンスAGILISTA AR-M2で造形した単ポート燃料およびマルチポート燃料を用いて燃焼実験を行った。単ポート燃焼では安定燃焼を確認し、過去のPMMA燃料と同様の燃焼特性および火炎伝播速度をもつことを確認した。マルチポート燃焼では，世界初の液体酸素を酸化剤とした端面燃焼式ハイブリッドロケット用燃料の燃焼に成功した。マルチポート燃焼でも安定燃焼を確認し、隣接するポート同士が繋がって後退する端面燃焼式ハイブリッドロケットの定常燃焼条件を満たすことを確認した。しかし、単ポート燃料で確認された火炎伝播速度のポート径の依存性は確認されなかった。そのため、火炎伝播速度の実験式を気体酸素の先行研究と同様の形で求めた。
研究期間全体を通じて実施した研究の成果：本研究では、高い燃焼効率、優れたスロットリング特性、固体ロケットをも凌ぐ燃焼速度等の多くの利点を有しする「端面燃焼式ハイブリッドロケット」を実用化する事を目指して、気体酸素ではなく液体酸素を酸化剤として用いて単ポート燃料およびマルチポート燃料を用いて燃焼実験を行い、液体酸素供給でも端面燃焼が成立することを確認した。また火炎伝播速度のポート径依存性や圧力依存性などの燃焼特性を確認し、端面燃焼式ハイブリッドロケットの成立性を検討するために必要な知見を得た。
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