Investigation of Combustion Mechanisms in Metal/Water Hybrid-Thruster

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21064
• Project/Area Number (Other): 18H05883 (2018)
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund (2019); Single-year Grants (2018)
• Review Section: 0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Saito Yuji 東北大学, 工学研究科, 助教 (50828788)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2020-03-31
• Keywords: 超小型衛星 / ハイブリッドロケット / 金属燃焼

Outline of Final Research Achievements

The combustion of aluminum/water is of relevance to many propulsion and energy conversion applications. The authors propose a concept for realizing aluminum/water hybrid rockets using PMMA (polymethyl methacrylate)/oxygen hybrid rocket combustion for heating. Three experiments were conducted to examine aluminum/water combustion, and the feasibility of heating by PMMA/oxygen combustion. Results show that melting and combustion of rod-aluminum was achieved, however the aluminum/water reaction could not be confirmed before combustion extinction.

Free Research Field

総合工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非粉体である塊状金属と水反応は，無毒で安全かつデブリ回避・軌道投入に必要な高速マヌーバを実現する大推力推進機として注目されている．本研究は，超小型衛星用スラスタの宇宙作動実証を目指し塊状金属／水―燃焼機構の解明を行うことを目標として研究を進めた．
塊状金属をロケット燃焼器内部で溶融させ水を共有させる本研究独自の手法を構築し，複数回の燃焼実験を行った．ノズルから溶融したアルミニウムを確認した後，水を供給したが，アルミニウムと水の反応を確認することはできなかった．これはアルミニウムの高い熱伝導率によってアルミニウムを効率的に加熱することができないためである．塊状金属／水反応の難しさが明らかになった．