Elucidation of Diffusion Flame Mechanism of Liquid Oxygen-Solid Fuel and its Application to End-Burning Hybrid Rocket

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04832
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Wakita Masashi 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80451441)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ハイブリッドロケット / 端面燃焼 / 液体酸化剤 / 固体燃焼 / 拡散火炎 / 推進 / 3Dプリンタ

Outline of Final Research Achievements

In this study, we clarified the basic combustion characteristics when liquid oxygen is used as an oxidizer instead of gaseous oxygen, aiming at the practical application of "end-burning" hybrid rocket. Combustion experiments were also conducted using single-port and multi-port fuels with high toughness that can withstand the cooling of liquid oxygen, and it was confirmed that "end-burning" combustion is possible even with liquid oxygen supply. Furthermore, the dependence of fuel regression rate on port diameter and pressure was confirmed, and the knowledge necessary to examine the feasibility of "end-burning" hybrid rockets was obtained.

Free Research Field

推進工学　燃焼工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、これまで気体酸化剤でしか得られていなかった端面燃焼が液体酸化剤（液体酸素）においても確認され、端面燃焼式ハイブリッドロケットが液体酸素でも成立することが確認された。また液体酸素を用いた場合の端面燃焼における基礎燃焼特性の解明や燃焼モデルに基づく関係式の導出により、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する本方式の実用化に向けて必要不可欠な知見を得ることができた。