2023 Fiscal Year Final Research Report

Research on the high performance hybrid rocket fuel based on the gaseous species concentration measurement and the reaction mechanism analysis at high heating rate

Research Project

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Project/Area Number	21H01537
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research Institution	Japan Aerospace EXploration Agency
Principal Investigator	HORI Keiichi 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 専任教授 (40202303)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	戸野倉賢一東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00260034) 津越敬寿国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (20277271) 和田豊千葉工業大学, 工学部, 教授 (20553374) 三島有二株式会社神戸工業試験場(生産本部技術開発部), 技術企画室, 研究員 (30501689) 坂野文菜山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40961735)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	ハイブリッドロケット / 熱分解 / 高分子燃料 / 燃焼 / 反応動力学
Outline of Final Research Achievements	Advanced pyrolysis-mass spectrometer system has been developed in order to realize high surface regression rate hybrid fuel. Thermoplastic fuel pyrolysis at high heating rate and 1MPa was conducted and the product concentration was measured precisely. Ethylene gas is generated at the pyrolysis and causes aromatic compounds and finally soot formation, which is considered one of the reasons of low regression rate of hybrid fuel. V2O5 was found experimetally effective to suppress the ethylene pass, which was made sure at the hybrid rocket testing. The regression rate was enhanced more than 50% than the same fuel without V2O5, which enables the hybrid sounding rocket.
Free Research Field	宇宙推進工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	低コスト、低環境負荷、高性能とハイブリッドロケットシステムは高度にバランスのとれた宇宙輸送システムである。しかし固体燃料となる高分子材が燃焼性が低く大推力の発生が難しく大型ロケットへの適用が難しい。本研究では、実際のロケット燃焼場での高分子燃料の熱分解を精確に計測できる装置系を開発し、燃焼反応の詳細を調べた。その結果五酸化バナジウムの添加が有効で、燃焼速度をこれまでの50%以上向上することができた。これにより、小型観測ロケットクラスであればハイブリッドロケットで置き換えることが可能となった。