2022 Fiscal Year Research-status Report
Invetigation for scientific principle the laser-assisted radiant heating ignition of high-enegy monopropellants
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22K14421
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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)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Keywords | 高エネルギー物質 / 一液推進剤 / レーザ点火 / イオン液体 / 化学スラスタ |
Outline of Annual Research Achievements |
共融溶媒系高エネルギ一液推進剤(ADN-EILPs)は,高エネルギ密度であるとともに高い取扱性が期待される一液推進剤である.その反面,ADN-EILPsは難着火性であり,スラスタ応用において点火に関する技術課題を抱えてきた.申請者は点火に関する研究を展開し,吸光材を用いたレーザ輻射加熱点火法の有効性を見出すに至った.しかし,当該スラスタ内での着火遅れは予想より長く,短縮化の方針を明確にする必要があった.本研究課題では,ADN-EILPsがスラスタ内で着火に至るまでの現象を時系列に沿って整理し,各現象の原理原則を様々な工学的視点から解明することで,当該スラスタの動作遅れに対する学理的制御則の構築を目指している. 本年度は,新たに実験系を構築し,吸光材及びADN-EILPsの輻射加熱における影響因子の同定と昇温速度の取得を行った.既往研究で吸光材として使用されるカーボンウール単体を用いて,レーザ出力毎の吸光材昇温速度への影響度を実験的に整理した.また,推進剤とカーボンウールから成る試験サンプルのレーザ点火試験を行った結果,レーザ変数によらず,着火遅れは広い分散を有することがわかった.本結果は前述する吸光材昇温速度においても同様で,その源泉は吸光材表面状態のランダム性によるものと推測された.このことから,前述する区分のうち、本試験環境における律速段階は,推進剤の被加熱・熱分解であろうと予想された.本課題の目的である現象の精度良い予測には実験再現性の十分な保証が望ましい.次年度は吸光材の再考を皮切りに,精度良い各種反応遅れの取得・解析を目指すことで,本課題に対して更なる考察を試みる.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度では,新たに設計した実験系を用いた吸光材および推進剤含浸体のレーザ点火試験から,トータルとしての点火遅れ(反応)の律速段階の推定に至った.ただし,当初想定していない,点火遅れの再現性といった研究課題が抽出され,これが研究立案段階よりレーザ吸光材の標準サンプルとして取り扱ってきたカーボンウールの特性に起因することが予想された.このことより、吸光材の再検討といった、新たな研究小課題の抽出とその課題解決が必要となったが、年度終了段階までに、化学・物理特性を基準とした、カーボンウールに代わる新規吸光材の絞り込みとその手配に至っている.以上のことから、現在までの進捗状況として【(2)概ね順調に進展している。】とした.
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Strategy for Future Research Activity |
第1に,再現性が十分確保できる吸光材を再考する.具体的には多孔質体の活用を検討しており、耐熱性や熱伝達の観点から、金属・金属酸化物・セラミックス・炭素系の利用を予定している.第2に,温度履歴の取得を行い,吸光材および推進剤含浸体の加熱挙動の定量評価を試みる.点火や燃焼反応は極めて早い反応であるため、市販のシース型熱電対や熱電対素線では熱挙動の追従が困難である.この対応として、申請者の過去研究(科研費番号18J14397)で用いた,(a)極細熱電対による温度直接計測と(b)赤外高速度カメラを用いた間接計測の2手法を導入する.これと並行して,推進剤単体,吸光材単体,推進剤含浸体の熱分析(e.g. TG, DTA, DSC)を実施することで,レーザ加熱時の実効的な反応速度の推定を行う.第3に,気相の反応遅れを予測すべく,1D/2D反応性流体シミュレーションのセットアップを試みる.当該シミュレーションはAnsys 2023R01を用いて実施する予定であり,必要となる詳細化学反応機構は過去研究(科研費番号20K22430)で構築済である.
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Causes of Carryover |
当初,申請通り,レーザ着火試験系の詳細構築を目指した.その構築および関連する実験研究活動の中で,着火試験の精度向上には新たに吸光材の再考が必要と判断された.よって,当初の予定していた詳細な試験系セットアップを次年度に設定することとしたため、次年度使用額が生じた.当該額は本セットアップに使用する予定である.
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[Presentation] Experimental Study on Thrust Performance of Cylindrical Rotating Detonation Rocket Engine with Liquid Ethanol / Liquid Nitrous Oxide2023
Author(s)
K. Ishihara, T. Sato, K. Nakata, T. Kimura, K. Nakajima, Y. Suzuki, N. Itouyama, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Kawasaki, H. Eguchi, D. Nakata, M. Uchiumi, A. Matsuo, I. Funaki, H. Kawashima, M. Kojima,
Organizer
The 11th Asia Joint Conference on Propulsion and Power
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-space Demonstrations of Rotating Detonation Engines: from Gaseous Propellant to Liquid Propellant Applications2023
Author(s)
N. Itouyama, K. Matsuyama, K. Matsuoka, A. Kawasaki, K. Ishihara, S. Ito, K. Nakata, T. Sato, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
Organizer
2023 AIAA SciTech Form
Int'l Joint Research
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[Presentation] 観測ロケットS-520-34号機による液体推進剤デトネーションエンジンシステムの飛行実験研究2023
Author(s)
笠原 次郎, 松山 行一, 松岡 健, 川崎 央, 伊東山 登, 石原 一輝, 佐藤 寛, 中田 耕太郎, 平嶋 秀俊, 安井 正明, 東野 和幸, 松尾 亜紀子, 船木 一幸, 中田 大将, 内海 政春, 江口 光, 羽生 宏人, 山田 和彦
Organizer
令和4年度宇宙輸送シンポジウムプログラム
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[Presentation] 観測ロケット S-520-34 号機による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2023
Author(s)
笠原 次郎, 松山 行一, 松岡 健, 川﨑 央, 伊東山 登, 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, 江口 光, 羽生 宏人, 荒川 聡, 増田 純一, 前原 健次, 臼杵 智章 , 山田 和彦, 中尾 達郎
Organizer
第5回観測ロケットシンポジウム
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[Presentation] Experimental Study of the Miniaturized Cylindrical Rotating Detonation Engine2022
Author(s)
Karin Hattori, Kosei Ota, Kazuki Ishihara, Keisuke Goto, Noboru Itouyama, Hiroaki Watanabe, Akira Kawasaki, Ken Matuoka, Jiro Kasahara, Akiko Matsuo, Ikkoh Funaki
Organizer
28th The International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Acceleration of Burned gas to Supersonic in a Throatless Rotating Detonation Engine2022
Author(s)
Kotaro Nakata, Kosei Ota, Shiro Ito, Kazuki Ishihara, Keisuke Goto, Noboru Itouyama, Hiroaki Watanabe, Akira Kawasaki, Ken Matsuoka, Jiro Kasahara, Akiko Matsuo, Ikkoh Funaki, Kazuyuki Higashino, James Braun, Terrence Meyer, Guillermo Paniagua
Organizer
28th The International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental Study of Liquid Propellant Rotating Detonation Combustor2022
Author(s)
Shiro Ito, Kazuki Ishihara, Kentaro Yoneyama, Keisuke Goto, Noboru Itouyama, Hiroaki Watanabe, Akira Kawasaki, Ken Matsuoka, Jiro Kasahara, Akiko Matsuo, Ikkoh Funaki
Organizer
28th The International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental Research on Thrust Performance of Rotating Detonation Engine with Liquid Ethanol and Gaseous Oxygen2022
Author(s)
Tomoki Sato, Kazuki Ishihara, Kentaro Yoneyama, Shiro Ito, Noboru Itouyama, Hiroaki Watanabe, Akira Kawasaki, Ken Matsuoka, Jiro Kasahara, Akiko Matsuo, Ikkoh Funaki
Organizer
2022 AIAA Aviation Forum
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental Investigation of Innner Flow of a Throatless Diverging Rotating Detonation Engine2022
Author(s)
K. Nakata, K. Ishihara, K. Goto, N. Itouyama, H. Watanabe, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, K. Higashino, J. Braun, T. Meyer, G. Paniagua
Organizer
39th International Symposium on Combustion
Int'l Joint Research
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[Presentation] Flight Experiment of Detonation Engine System By Using the Sounding Rocket S-520-31 and the Next Flight Experiment2022
Author(s)
J. Kasahara, K. Matsuyama, K. Matsuoka, A. Kawasaki, N. Itouyama, K. Goto, K. Ishihara, V. Buyakofu, T. Noda, A. Matsuo, I. Funaki, H. Habu, S. Takeuchi, S. Arakawa, J. Masuda, K. Maehara, K. Yamada, T. Nakao, D. Nakata, and M. Uchiumi
Organizer
International Workshop on Detonation Propulsion/ International Constant Volume and Detonation Combustion Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-space Flight Demonstration of Detonation Engines using Sounding Rocket S-520-31: Flight Analysis Results2022
Author(s)
A. Kawasaki, K. Matsuyama, K. Matsuoka, H. Watanabe, N. Itouyama, K. Goto, K. Ishihara, V. Buyakofu, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi, H. Habu, S. Takeuchi, S. Arakawa, J. Masuda, K. Maehara, T. Nakao, K. Yamada
Organizer
The 2022 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
Int'l Joint Research
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[Presentation] 二液式単円筒回転デトネーションロケット燃焼器に関する実験研究2022
Author(s)
石原一輝, 佐藤寛, 木村朋亮, 中島滉介, 中田耕太郎, 鈴木大登, 伊東山登, 川﨑央, 松岡健, 松山行一, 笠原次郎, 夛田卓矢, 藤浦彰友, 奈女良実央, 岡野裕, 田原悠仁, 中村祐太, 安田一貴, 江口光, 中田大将, 内海政春, 松尾亜紀子, 船木一幸,
Organizer
第60回燃焼シンポジウム
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[Presentation] 水素酸素推進剤を用いたフィルム冷却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, 中田耕太郎, 伊東山登, 川﨑央, 松岡健, 笠原次郎,松尾亜紀子, 船木一幸, 佐藤晃浩, 石川佳太郎, 濱﨑享一
Organizer
第60回燃焼シンポジウム
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[Presentation] デトネーションエンジンシステムの宇宙動作実証 -ここ5年における本研究グループの概説-2022
Author(s)
伊東山登, 松山行一, 松岡健, 川﨑央, 渡部広吾輝, 石原一輝, 伊藤志朗,中田耕太郎,佐藤寛, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸, 中田大将, 内海政春, 江口光,安田一貴,荒川聡, 増田純一, 前原健次, 臼杵智章, 竹内伸介, 羽生宏人
Organizer
第66回宇宙科学技術連合講演会
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[Presentation] エタノール-亜酸化窒素推進剤を用いた単円筒回転デトネーションロケットエンジンに関する実験研究2022
Author(s)
石原一輝, 佐藤寛, 木村朋亮, 中島滉介, 中田耕太郎, 鈴木大登, 伊東山登, 川﨑央, 松岡健, 松山行一, 笠原次郎, 夛田卓矢, 藤浦彰友, 奈女良実央, 岡野裕, 田原悠仁, 中村祐太, 安田一貴, 江口光, 中田大将, 内海政春, 松尾亜紀子, 船木一幸
Organizer
第66回宇宙科学技術連合講演会
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