2011 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
昨年度推力900N級モータにより構築された、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推力2000N級モータに適用したところ、スケール効果を考慮に入れても後退速度を予測できないことが判明した。その後の検討により、燃料形状が相似形でも、レイノルズ数が増大すると流れ場の構造が変わり、熱伝達機構が変化する可能性が指摘された。2000N級モータでの燃焼実験により後退速度式を取得し、大レイノルズ数域では流量密度の指数が0.5から0.8に遷移すること、速度式中の係数αについては低レイノルズ数域と同じO/F依存性を示すことが確認された。
(2)酸化剤噴流が衝突する燃焼流れ場の解明
昨年度観察された、レイノルズ数を一定のまま圧力を下げ、酸化剤流速を増加させると、燃料後退速度が増大するという傾向の原因を解明するため、吹き消え領域まで流速条件を拡大してデータを取得し、合わせて火炎の詳細な観察を行った。吹き消えが起こる直前まで、燃料後退速度は流速に従って増大を続けることが確認された。火炎の位置と色を詳細に観察した結果、淀み点より酸化剤側に存在する拡散火炎が、流速の増大により淀み点に近付き、燃料表面からの距離が減少するために燃料後退速度が増大することを明らかにした。
(3)最適グレイン形状を探索するアルゴリズムの開発
探索アルゴリズムの開発については昨年度中に終了している。本年度は探索アルゴリズムにより得られた燃料形状を用いて燃焼実験を行い、後退速度式の精度に課題が残る1段目以外は良好な結果が得られることを確認した。
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