高エネルギ物質およびこれを基材とする低毒・高性能液体推進薬の爆轟特性の基礎解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22430
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 伊東山 登 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任助教 (50881215)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 高エネルギー物質 / 推進剤 / 気相デトネーション / 窒素酸化物系

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の成果を基に，本年度は (1)初期パラメータが爆轟特性に与える影響性の計算的評価，(2)爆轟特性の実験検証および爆轟条件の特定を予定した．
(1)については，昨年度懸念された分解ガスの組成の妥当性の評価をまず行った．その結果、ある圧力を境にADNおよびADN系一液推進剤の燃焼表面から発生する分解ガス種の組成が変化することが示唆された．なお昨年まで実施していた組成については十分妥当であることが証明された．つづいて燃料成分に着目し，ADN/メチルアミン硝酸塩/尿素系一液推進剤に対し，これらの混合比が気相デトネーション特性に与える影響を計算的に評価した．その結果，既報の着火遅れの大小関係とほぼ同様の傾向がInduction lengthに対して整理された．さらに従来Fuel-richで調整される当該推進剤に対して，これらの分解ガスが大気中で爆轟するシナリオを設定し、この特性を解析したところ，空気中酸素との量論混合によるデトネーション特性の向上が推測された．
(2)についてはデトネーション誘導反応として，分解ガス生成試験とそのプラズマ着火による挙動観察を行った．一定の条件で着火・燃焼に至る結果を獲得したが，デトネーション伝播らしき現象を観察するに至らなかった．この原因としては観察対象の空間スケールがデトネーション遷移に至るまでに必要な領域を十分に満たしていなかったためと考えられる．また、分解ガスの発生とともに気体膨張を伴うことで正確な温度計測や制御が難しく、組成の変化について課題が抽出された．本課題については本科研費期間終了後も継続して解決を試みる予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 清華大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 清華大学
• [Journal Article] Development of an S-Shaped Pulse Detonation Engine for a Sounding Rocket (2022)
  • Author(s): Buyakofu Valentin、Matsuoka Ken、Matsuyama Koichi、Kawasaki Akira、Watanabe Hiroaki、Itouyama Noboru、Goto Keisuke、Ishihara Kazuki、Noda Tomoyuki、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Nakata Daisuke、Uchiumi Masaharu、Habu Hiroto、Takeuchi Shinsuke、Arakawa Satoshi、Masuda Junichi、Maehara Kenji
  • Journal Title: Journal of Spacecraft and Rockets Volume: - Pages: 1～11
  • DOI: 10.2514/1.A35200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supersonic Exhaust from a Rotating Detonation Engine with Throatless Diverging Channel (2022)
  • Author(s): Nakata Kotaro、Ota Kosei、Ito Shiro、Ishihara Kazuki、Goto Keisuke、Itouyama Noboru、Watanabe Hiroaki、Kawasaki Akira、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Higashino Kazuyuki、Braun James、Meyer Terrence、Paniagua Guillermo
  • Journal Title: AIAA Journal Volume: - Pages: 1～9
  • DOI: 10.2514/1.J061300
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cylindrical Rotating Detonation Engine with Propellant Injection Cooling (2022)
  • Author(s): Goto Keisuke、Ota Kosei、Kawasaki Akira、Itouyama Noboru、Watanabe Hiroaki、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Kawashima Hideto
  • Journal Title: Journal of Propulsion and Power Volume: 38 Pages: 410～420
  • DOI: 10.2514/1.B38427
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of reflective shuttling detonation cycle by schlieren and chemiluminescence photography (2022)
  • Author(s): Taguchi Tomoya、Yamaguchi Masato、Matsuoka Ken、Kawasaki Akira、Watanabe Hiroaki、Itouyama Noboru、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko
  • Journal Title: Combustion and Flame Volume: 236 Pages: 111826～111826
  • DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高エネルギイオン液体推進剤の小型スラスタ概念設計 (2022)
  • Author(s): 伊東山登，和田明哲，羽生宏人
  • Journal Title: 宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会: 令和3年度研究成果報告書 Volume: JAXA-RR-21-002 Pages: 6-8
  • DOI: 10.20637/00048269
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 超小型推進系への利用を見据えた高エネルギーイオン液体の研究 (2022)
  • Author(s): 松永浩貴，伊東山登，松本幸太郎，塩田謙人，伊里友一朗，勝身俊之，羽生宏人，野田賢，三宅淳巳
  • Journal Title: 宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会: 令和3年度研究成果報告書 Volume: JAXA-RR-21-002 Pages: 1-5
  • DOI: 10.20637/00048268
• [Presentation] In-Space Flight Demonstration Results of a Detonation Engine System on Sounding Rocket S-520-31: Rotating Detonation Engine (2022)
  • Author(s): Keisuke Goto, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Akira Kawasaki, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Jiro Kasahara
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-Space Flight Demonstration Results of a Detonation Engine System on Sounding Rocket S-520-31: Flight Path and Attitude (2022)
  • Author(s): Hiroaki Watanabe, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Akira Kawasaki, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Jiro Kasahara
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-Space Flight Demonstration Results of a Detonation Engine System on Sounding Rocket S-520-31: Pulse Detonation Engine (2022)
  • Author(s): Valentin Buyakofu, Ken Matsuoka, Koichi Matsuyama, Keisuke Goto, Akira Kawasaki, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Kazuki Ishihara, Tomoyuki Noda, Jiro Kasahara
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-Space Flight Demonstration Results of a Detonation Engine System on Sounding Rocket S-520-31: System Design (2022)
  • Author(s): Akira Kawasaki, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Jiro Kasahara
  • Organizer: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: Performance of Rotating Detonation Engine (2022)
  • Author(s): Keisuke Goto, Ken Matsuoka, Koichi Matsuyama, Akira Kawasaki, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Tomoyuki Noda, Jiro Kasahara, et al.
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: Performance of Pulse Detonation Engine (2022)
  • Author(s): Valentin Buyakofu, Ken Matsuoka, Koichi Matsuyama, Akira Kawasaki, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Tomoyuki Noda, Jiro Kasahara, et al.
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: History from Development to Flight (2022)
  • Author(s): Noboru Itouyama, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Akira Kawasaki, Hiroaki Watanabe, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Tomoyuki Noda, Jiro Kasahara, et al.
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: Flight Path and Attitude (2022)
  • Author(s): Hiroaki Watanabe, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Akira Kawasaki, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Tomoyuki Noda, Shiro Ito, Jiro Kasahara, et al.
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: System Design, (2022)
  • Author(s): Akira Kawasaki, Koichi Matsuyama, Ken Matsuoka, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Keisuke Goto, Kazuki Ishihara, Valentin Buyakofu, Tomoyuki Noda, Jiro Kasahara, et al.
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental Clarification on Detonation Phenomena of Liquid Ethanol Rotating Detonation Combustor (2022)
  • Author(s): Kentaro Yoneyama, Kazuki Ishihara, Shiro Ito, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Akira Kawasaki, Ken Matsuoka, Jiro Kasahara
  • Organizer: 2022 AIAA SciTech Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 観測ロケットS-520-31号機プロジェクト：デトネーションエンジンシステムの宇宙動作実証結果 (2022)
  • Author(s): 伊東山登, 笠原次郎, 松山行一, 松岡健, 川﨑央, 渡部広吾輝，後藤啓介，ブヤコフバレンティン, 石原一輝, 野田朋之, 秋元雄希, 松尾亜紀子, 船木一幸, 中田大将, 内海政春, 羽生宏人, 竹内伸介, 荒川聡, 増田純一, 前原健次, 中尾達郎, 山田和彦
  • Organizer: 第4回観測ロケットシンポジウム
• [Presentation] 観測ロケットS-520を用いた液体推進剤デトネーションエンジンシステム飛行実証実験 (2022)
  • Author(s): 笠原次郎, 松山行一, 松岡健, 川﨑央, 渡部広吾輝，伊東山登, 後藤啓介，石原一輝，伊藤志朗, 中田耕太郎, 佐藤寛, 松尾亜紀子, 船木一幸, 中田大将, 内海政春, 羽生宏人, 竹内伸介, 荒川聡, 増田純一, 前原健次, 中尾達郎, 山田和彦
  • Organizer: 第4回観測ロケットシンポジウム
• [Presentation] 粒子追跡法を用いた気相デトネーションの平均構造に関する数値解析 (2022)
  • Author(s): 渡部広吾輝, 松尾亜紀子，Ashwin Chinnaya, 伊東山登, 川﨑央，松岡健，笠原次郎
  • Organizer: 2021年度衝撃波シンポジウム
• [Presentation] 液体燃料回転デトネーション燃焼器の内部流動可視化に関する実験研究 (2022)
  • Author(s): 佐藤寛, 米山健太郎，伊藤志朗，石原一輝，後藤啓介，渡部広吾輝，伊東山登，川﨑央，松岡健，笠原次郎，松尾亜紀子，船木一幸，長尾隆央
  • Organizer: 2021年度衝撃波シンポジウム
• [Presentation] 水素-酸素を用いた単円筒回転デトネーションエンジンの実験研究 (2022)
  • Author(s): 木村朋亮, 後藤啓介，太田光星，伊東山登，渡部広吾輝，川﨑央，松岡健，笠原次郎，松尾亜紀子，船木一幸
  • Organizer: 2021年度衝撃波シンポジウム
• [Presentation] 観測ロケットS-520-31号機によるデトネーションエンジン作動実証プロジェクトの総括 (2022)
  • Author(s): 松岡健, 後藤啓介, ブヤコフバレンティン, 松山行一, 川崎央, 伊東山登, 渡部広吾輝, 石原一輝, 野田朋之, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸, 中田大将, 内海政春, 羽生宏人, 竹内伸介, 荒川聡, 増田純一, 前原健次, 中尾達郎, 山田和彦
  • Organizer: 第61回航空原動機・宇宙推進講演会
• [Presentation] S-520-31号機によるデトネーションエンジンシステムの宇宙実験 －設計・試験・運用の概要－ (2022)
  • Author(s): 川﨑央、松山行一、松岡健、渡部広吾輝、伊東山登、後藤啓介、石原一輝、ブヤコフバレンティン、野田朋之、笠原次郎、松尾亜紀子、船木一幸、中田大将、内海政春、竹内伸介、増田純一、荒川聡、羽生宏人、山田和彦
  • Organizer: 令和三年度宇宙輸送シンポジウム
• [Presentation] S-520-31号機によるデトネーションエンジンシステムの宇宙実験 －実験結果報告とサクセスクライテリア評価－ (2022)
  • Author(s): 伊東山登、松山行一、松岡健、川﨑央、渡部広吾輝、後藤啓介、石原一輝、ブヤコフバレンティン、野田朋之、笠原次郎、松尾亜紀子、船木一幸、中田大将、内海政春、竹内伸介、増田純一、荒川聡、羽生宏人、山田和彦
  • Organizer: 令和三年度宇宙輸送シンポジウム
• [Presentation] Thermal analytical screening of effective catalysts for the ignition of high energy ionic liquid propellants (2021)
  • Author(s): Noboru Itouyama, Hiroki Matsunaga, Asato Wada, Jiro Kasahara, Hiroto Habu
  • Organizer: 7th International symposium of energetic materials and its application (ISEM2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] State-of-art monopropellant development based on the combination of high-energy-density salts and Deep eutectic phenomena (2021)
  • Author(s): Noboru Itouyama, Hiroki Matsunaga, Asato Wada, Jiro Kasahara, Hiroto Habu
  • Organizer: The 3rd of International Conference of Materials and Systems for Sustainability
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A data-driven approach to prediction of characteristic length in diffracted detonation wave (2021)
  • Author(s): Akira Kawasaki, Hiroki Hasegawa, Han Sun, Hiroaki Watanabe, Noboru Itouyama, Akira Kawasaki, Ken Matsuoka, Jiro Kasahara
  • Organizer: The 3rd of International Conference of Materials and Systems for Sustainability
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 推進剤噴射による単円筒回転デトネーションエンジンの冷却に関する研究 (2021)
  • Author(s): 後藤啓介, 太田光星, 木村朋亮, 川崎央, 伊東山登, 渡部広吾輝, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸, 川島秀人
  • Organizer: 日本航空宇宙学会 関西・中部支部合同秋期大会
• [Presentation] 電気浸透流ポンプを用いた超小型衛星用スラスタの研究開発 (2021)
  • Author(s): 堀田樹，ブヤコフバレンティン，伊東山登，川﨑央，渡部広吾輝，松岡健，笠原次郎
  • Organizer: 第65回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 液体推進剤回転デトネーション燃焼器の作動安定性に関する実験研究 (2021)
  • Author(s): 石原一輝, 米山健太郎, 伊藤志朗, 伊東山登, 渡部広吾輝, 川﨑央, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸
  • Organizer: 第59回燃焼シンポジウム
• [Presentation] 推進剤噴射冷却型単円筒回転デトネーションエンジンの冷却特性に関する研究 (2021)
  • Author(s): 後藤啓介, 太田光星, 木村朋亮, 川﨑央, 伊東山登, 渡部広吾輝, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸
  • Organizer: 第59回燃焼シンポジウム
• [Presentation] デトネーション回折における反射点距離の人工ニューラルネットワークを用いた予測モデルの構築と評価 (2021)
  • Author(s): 長谷川大樹, 川﨑央, 孫涵, 伊東山登, 渡部広吾輝, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸
  • Organizer: 第59回燃焼シンポジウム
• [Presentation] エタノールを用いた回転デトネーション燃焼器の動作条件同定に関する研究 (2021)
  • Author(s): 米山健太郎，石原一輝，伊藤志朗，渡部広吾輝，伊東山登，松岡健，笠原次郎，松尾亜紀子，船木一幸
  • Organizer: 第53回流体力学講演会／第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [Presentation] 液体酸素を用いた回転デトネーションエンジンのシステム動作評価に関する研究 (2021)
  • Author(s): 伊藤志朗, 石原一輝, 米山健太郎, 伊東山登, 渡部広吾輝, 川﨑央, 松岡健,笠原次郎, 松尾 亜紀子,船木一幸, 中田大将, 内海政春, 松井康平, 北川幸樹, 中村秀一, 東野和幸, 福地亜宝郎, 長尾隆央
  • Organizer: 第53回流体力学講演会／第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [Presentation] 反射往復デトネーション現象に関する可視化実験 (2021)
  • Author(s): 松岡健, 田口知哉, 渡部広吾輝, 川﨑央, 伊東山登, 笠原次郎，松尾亜紀子
  • Organizer: 第53回流体力学講演会／第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [Presentation] 回折デトネーション波観測に基づくデトネーション特性長予測に関するデータ駆動的検討 (2021)
  • Author(s): 川﨑央，長谷川大樹，孫涵，伊東山登，渡部広吾輝，松岡健，笠原次郎，松尾亜紀子，船木一幸
  • Organizer: 第53回流体力学講演会／第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム