2010 Fiscal Year Annual Research Report
CAMUI型ハイブリッドロケット燃料グレイン最適形状設計手法の開発
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21360410
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
永田 晴紀 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40281787)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸谷 剛 北海道大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (00301937)
脇田 督司 北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (80451441)
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| Keywords | ハイブリッドロケット / 固体燃焼 / 遺伝的アルゴリズム / 衝突噴流熱伝達 |
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| Research Abstract |
(1)燃料後退速度式中の係数αの取得
各燃焼面の燃料後退速度式における係数αの値(局所O/Fの関数になる)にスケール効果モデルを組み合わせて、大型モータ用グレイン形状の最適化設計を行うための基礎式を構築した。
(2)酸化剤噴流が衝突する燃焼流れ場の解明
酸化剤噴流が衝突する燃焼流れ場を異なるスケールで構築し、燃焼場のスケールと燃料後退特性との関係を調べた。レイノルズ数および噴流の速度をスケール間で一致させることにより燃料後退速度がスケール比で相似関係になることが、本実験系においても確認された。また、レイノルズ数を一定のまま圧力を下げ、流量を増加させると、燃料後退速度が増大することが確認された。本結果は実モータにおいても観察されているものである。
(3)最適グレイン形状を探索するアルゴリズムの開発
CAMUIロケットの燃料グレインにおいては、縦に並べられた6～10個の燃料ブロックが同時に燃え進む。燃料グレインの燃え残りをより少なく、O/Fシフトによる比推力損失をより小さくするような、最適グレイン形状を探索するアルゴリズムを開発する。昨年度は、最適グレイン形状を得るための探索アルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムを適用し、良好な探索速度を得た。本年度は、最適解近傍までは遺伝的アルゴリズムを適用し、ある程度良好な解が得られた後は燃え残り燃料を他のブロックに再配分する手法により最適解に至る手法を開発し、より効率的に最適解を得られるようになった。
(4)大型モータによる地上燃焼実験
0.5tonf級のモータを製作し、燃焼実験を実施した。消音設備も含めて実験設備の有効性を確認できた一方、液体酸素供給系の能力不足が課題として抽出された。
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