2023 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of innovative energetic materials and precise control of ignition and burning based on ultra high speed reaction theory
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20H00287
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| Research Institution | Yokohama National University |
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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)
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| 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 福岡大学, 工学部, 助教 (30827837)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高速反応学理 / エネルギー物質 / 着火燃焼機構 |
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| 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。
詳細反応モデリングとは、化学反応の最小単位である素反応レベルで構成された反応機構のことであり、本研究ではヒドラジン/四酸化二窒素混合系等の液相中における高速化学反応に関する詳細反応モデリングを達成した。その過程で凝縮相反応を理論的に取り扱うための量子化学計算に関する統計熱力学理論を構築することにも成功した。当該モデルシミュレーションよりエネルギー物質の着火現象を支配する化学反応に関する学理を深化させることができた。
高エネルギー物質アンモニウムジニトラミドにヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩を混合・合成して得られるEILは既存の推進剤性能(液体保持温度、熱安定性、理論密度比推力)を大きく上回る革新的なポテンシャルを有することがわかった。研究開始当初から懸念されたEILsの難着火性の克服についても、電圧印加によって短い着火遅れ時間で着火に至ることがわかった。これは電圧印加によって電解と熱分解が相互作用しながら着火に至るメカニズムであり，そのメカニズムには試料の導電率や粘度も影響してることが明らかになった。
電圧印加方式を備えたEIL用燃焼器を具現化するために2重円筒電極燃焼器を発案した。この燃焼器を3Dプリンターにて試作し、燃焼実験を行うことで、世界に先駆けて電圧印加を用いた着火・燃焼器を用いて推力を得られることを確認することができた。しかし、実測された推力は理論推力には到達しておらず、燃焼器構造の最適化による燃焼効率の向上が必要であることも明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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