2012 Fiscal Year Annual Research Report
ＭＨｚ級デトネーションエンジンの物理機構解明：バルブ共振型と回転爆轟波型エンジン
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24246137
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
笠原 次郎 筑波大学, システム情報系, 准教授 (60312435)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70276418)
船木 一幸 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所宇宙輸送工学研究系, 准教授 (50311171)
榊田 創 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 研究グループ長 (90357088)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 推進・エンジン / デトネーション |
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| Research Abstract |
（１）ＭＨｚ作動デトネーションエンジンの推力理論の構築 [笠原・松尾・船木]のため、平成２４年度は、デトネーション管による弾道振子実験を行い、理論[Kawane et al., Combust. Flame, 2011]との比較検討を行った。伸張管長さが短い（600 mm以下）では、矛盾のない結果がえられている。
（２）プラズマ理工学、可視化技術を駆使したナノ秒オーダーでのデトネーション開始に関する研究［榊田・笠原・松尾］では誘電体バリヤ放電(DBD)技術によるデトネーション開始の実験装置の開発を行い、矩形管、特殊円筒管の観測容器を開発し、ＤＤＴプロセスの可視化実験を行った。
（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明［笠原・松尾・船木］として、１ｋＨｚ型エンジン（液体Ｎ２Ｏ、エアモーター使用）にて推力試験に成功した。また、推進剤質量流量190 g/secにおいて時間平均推力259 N推進剤ベース比推力139 secを達成した。
（４）ＭＨｚ作動回転爆轟型MHzデトネーションエンジンの物理機構解明［笠原・松尾・船木・榊田］として、回転デトネーションエンジン（可視化部付き）を設計製造した。また、その基礎要素として、湾曲デトネーション特性（[1] 曲率－伝播速度, [2] 境界層の影響, [3] 管壁の曲率の影響）を観測し、定量的に評価した。また、湾曲デトネーションの１次元モデルを構築した。低・高揮発性液体燃料の混合燃料によるデトネーション開始を提案した。デトネーションの反射を観測、モデル化し、定量的に発生形態を予測可能とした。
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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
（１）ＭＨｚ作動デトネーションエンジンの推力理論の構築に関しては、デトネーション管型の弾道振子の開発が順調に伸展した。不活性ガスで行う予定の実験を超えて、成果をあげることができた（達成度１２０％）。（２）プラズマ理工学、可視化技術を駆使したナノ秒オーダーでのデトネーション開始に関する研究も、順調に実験装置の開発がすすんだ（達成度７０％）。（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明も、予定の８０％の、推力試験に成功しており、成果があった（達成度８０％）。（４）ＭＨｚ作動回転爆轟型MHzデトネーションエンジンの物理機構解明では、回転デトネーションエンジン（可視化部付き）を設計製造完了し、ほぼすべてのデトネーション伝播特性を実験的に把握できた（達成度１００％）。
初年度の実験の進捗は、順調であり、ほぼ予定どおりの実験を行うことができた。全体の達成度は、８０％である。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）ＭＨｚ作動デトネーションエンジンの推力理論の構築に関しては、より精度の高い理論構築をはかる。特に部分充填効果の周波数依存性や、ノズル効果の解明をすすめることとする。（２）プラズマ理工学、可視化技術を駆使したナノ秒オーダーでのデトネーション開始に関する研究も、今年度より、本格的なプラズマ実験を産業技術総合研究所にて行う。（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明では、タービンを使用した実験装置の開発を行う。（４）ＭＨｚ作動回転爆轟型デトネーションエンジンの物理機構解明では、今年度から、燃焼実験を開始する。今年度中には、１０ｋＨｚオーダーの回転爆轟型デトネーションエンジンの成立と、回転デトネーションインジェクター部の世界初の可視化を目指す。
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