2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of innovative energetic materials and precise control of ignition and burning based on ultra high speed reaction theory
| Project/Area Number |
20H00287
|
|---|
| Research Institution | Yokohama National University |
|---|
Principal Investigator |
三宅 淳巳 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (60174140)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊里 友一朗 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (90794016)
塩田 謙人 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(助教) (30827837)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 高速反応学理 / エネルギー物質 / 着火燃焼機構 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，申請者らのグループが実施してきた凝縮相エネルギー物質の爆発燃焼現象に関する研究を深化・推進し，実験による測定値を用いることなく純理論的に高速反応現象を再現し得る詳細反応モデリング技術の構築により高速反応の学理を構築し，世界初となるイオン液体系エネルギー物質(EILs)の創製に挑戦するものである。
2021年度は，理論的検討である凝縮相反応に関する詳細反応モデリング研究において，硝酸ヒドラジン水溶液およびヒドラジン/四酸化二窒素混合系の高速化学反応に関する詳細反応モデリングを達成し，当該モデルを用いたシミュレーションより凝縮相エネルギー物質の着火を支配する化学反応に関する理解を得ることができた。この詳細反応シミュレーションを活用することにより，高エネルギー物質アンモニウムジニトラミド(ADN)にヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩(HEHN)を混合することによって大きく推進剤性能を向上できる可能性を見出した。簡易的な物性評価によりADNとHEHNからなる2成分混合物は液体状態保持温度が-30 ℃以下であり，これまで知られていたどのEILsよりも液体状態保持温度を低くできる可能性があることを見い出した。化学平衡計算で得られた当該組成の燃焼熱は既存のEILsよりも大きく，良好な燃焼性能が得られるものと期待できた。
一方で，コロナ禍により実験的検討の進捗に影響を受けたため，詳細な物性評価，電解着火特性および燃焼性能評価に関しては2022年度以降に繰り越して実施した結果，予定よりはやや遅れたものの，概ね当初予定通りの結果を得ることができ，翌年度の実験実施のための基礎情報を得ることができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍により実験検討の進捗に大きく影響を受けたため，予定していた研究の一部を2022年度に繰り越した。一方で，量子化学計算を用いた詳細反応モデリングに関する理論研究は大きく進展させることができ，硝酸ヒドラジン水溶液およびヒドラジン/四酸化二窒素系に関する液相中の詳細反応機構を構築することができた。これらモデルを活用することで，有望なEILs組成であるADN/HEHN系を見出すことができた。コロナ対応により当該EILsの実験的な物性詳細評価や燃焼特性評価は延期せざるを得なくなったものの，理論的研究と基礎実験は着実に進んでいることから，おおむね順調に進展していると，と評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
コロナ対応によって停滞していたADN/HEHN系を含む新規EILsの実験的な物性詳細評価や燃焼特性評価を進める。熱分析等を用いてADN/HEHN系EILの液体状態保持温度や分解温度等の熱物性を詳細分析する。着火制御技術の検討については電解着火方式に重点を置いて検討を進める。まず電解着火に与える環境影響因子の評価を行う。電極部材や電極間距離、雰囲気圧力、印加電圧、水分量など、電解着火に影響を与える様々な環境変数を変化させて、電解着火に与える影響を評価する。加えて当該EILsを宇宙機の姿勢制御用スラスターで活用することを想定し、3Dプリンターを用いたスラスター用電解着火燃焼器の試作に取り組む。
|
