2023 Fiscal Year Annual Research Report
回転デトネーションエンジンの動作モード・推力性能予測モデルの構築
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21K04476
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
石井 一洋 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20251754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片岡 秀文 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10548241)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 推進機関 / デトネーション / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
回転デトネーションエンジン（RDE）は、環状燃焼器の周方向にデトネーションを回転・定在させるものであり、次世代航空宇宙用エンジンとして世界各国で研究開発が行われている。しかしながらRDE動作モードを支配するパラメータは確定しておらず、これは主として燃焼器内における燃料濃度分布が燃焼器毎に異なることに起因している。
本研究は、インジェクター部の燃料濃計測により、インジェクター性能がRDEの推進性能および動作モードに及ぼす影響を明らかにし、推力性能を予測するモデル構築を行うことを目的としている。
本年度は、光ファイバーを使用せずにレーザー光を直接燃焼器に導くことでレーザー強度の減衰を防ぎ、燃料濃度計測時のSN比向上を図った。またHITRANデータベースを活用することで、燃焼器内の局所当量比分布を精度良く求めることに成功した。その結果、一時的な燃料供給不足が回転デトネーション波不安定性を誘起することがわかった。
なお、燃焼実験時に石英製燃焼器が破損し再製作したため、新規インジェクター製作に必要な予算が不足した。このため、RDE性能予測に必要となる熱流束計測を、応答性が1 μs以下の同軸型熱電対を用いて行った。その結果、デトネーション波通過時の瞬時熱流束は波頭数によらず約20～30 MW/m2であり、下流ほど小さくなることわかった。また、質量流量が増加するほど時間平均熱流束が増加することがわかった。
さらに、損失項と化学反応に基づく回復項を加えた1次元非圧縮性Burgers方程式により、回転デトネーション波の各種モードを表現することができた。このモデルと、昨年度に構築したレイリー流れとファノー流れを組み合わせた1次元流れモデルとの併用により、推力を精度良く予測することに成功した。
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