2013 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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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
笠原 次郎 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 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, 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)
西岡 牧人 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 教授 (70208148)
松岡 健 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40710067)
前田 慎市 埼玉大学, 研究機構研究企画室, 助教 (60709319)
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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：平成２５年度は、レーザードップラー速度計を使用した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]で予測された壁面摩擦損失を検出し、理論と矛盾しない結果を得た。
（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：ＭＨｚ級のデトネーション開始装置を開発し、その初期圧力によって、デトネーションの伝播の安定性に差異があることを確認した。弱電離プラズマを利用した乱流促進機構に関しても、高速度カメラによる可視化により理解を深めた。
（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明：１ｋＨｚ型エンジン（液体Ｎ２Ｏ、エアモーター使用）にて時間平均推力259 N、推重比 0.8、1.5 sec垂直飛行試験に成功した。地上燃焼試験では, 1.5 s作動, デトネーション成功率91%, 平均推力256 N, 比推力131 s, 推重比0.81を達成し、安定作動の支配的要因が、点火器・ＤＤＴ用擾乱源にあることを明らかにした。
（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：回転爆轟型デトネーションエンジンを用いて世界初のシュリーレン光学系による可視可に成功し、計算・理論で予測されていた、インジェクターの後流構造、衝撃波構造を実験的に明らかにした。
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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、レーザードップラー速度計を用いることで、デトネーション管型の弾道振子によって、極めて高精度の力積計測法を開発し、理論の精度向上に貢献する成果をあげている。
（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も、プラズマによる乱流化の可視化研究や開始装置の開発実験で予定どおりの進捗があった。
（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明では、世界初のPDE垂直飛行試験に貢献する成果をあげた。現在、推力重力比で世界一のエンジンの開発に貢献した。
（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では、シュリーレン光学系での可視化実験成功、滑走試験装置の開発、大型エンジンの設計開発を行い、予定を超えて研究が進展している。
平成２５年度の全体としての実験の進捗は順調であり、ほぼ予定の研究を実施している。
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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：平成２６年度は、推力の飛行速度、飛行高度への依存性を明らかにする。また、推力の流量、気体種への依存性も明らかにする。
（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：平成２６年度は、主にデトネーション開始装置とエンジンの安定作動の関係を実験的に調査する。昨年度の研究で主に開始装置の充填圧力、使用気体の種類によって、作動に差異が見られるので、この点を明らかにする。安定作動の判定は、主に軸方向からの自発光の可視化観測、ロードセル推力計測、干渉型振動計によるエンジンの振動周波数計測、熱流束計測などから多面的に評価する予定。
（３）10～100ｋＨｚ作動自律回転バルブ型エンジンの物理機構解明：平成２６年度は、全く新しいバルブ開発をコアに研究をすすめ、自律メカニズムの確立を目指す。特にパッケージ化されたシステム構築を行い、点火系も孤立させる予定。バルブ開発は、これまで蓄積されてきた、４気筒回転バルブに関する問題点（ガスリーク、熱変形、開閉シーケンスの変化自由度）をすべて解決する方向で行う。
（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：平成２６年度は、ダブルシュリーレン法を用いた内部構造の可視化を実施し、理論的に提案された物理機構が実現されているかを定量的に調査する。特に、推進剤拡散中をデトネーション波が伝播していることによる波面有限曲率の存在、逆流領域の存在など、前年度に世界初のシュリーレン撮影に成功しているが、より包括的に調査する。
（５）ＭＨｚ作動バルブ共振型デトネーションエンジンの物理機構解明：平成２６年度は、（３）、（４）の成果を見極めながら、物理機構の実現性について検討を行うこととし、進捗を見極めてから実施を判断する。
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[Presentation] Study on a Rotary-Valved Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket: Thrust Measurement by Ground Test2014
Author(s)
T. Morozumi, R. Sakamoto, T. Kashiwazaki, K. Matsuoka, S. Takagi, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
Organizer
SciTech 2014, 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting
Place of Presentation
National Harbor, Maryland, USA
Year and Date
20140113-20140117
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[Presentation] Study on a Rotary-Valved Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket: Six Degree-of-Freedom Flight Measurement2014
Author(s)
K. Matsuoka, S. Takagi, J. Kasahara, T. Morozumi, T. Kashiwazaki, Y. Fujiwara, A. Matsuo, I. Funaki
Organizer
SciTech2014, 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting
Place of Presentation
National Harbor, Maryland, USA
Year and Date
20140113-20140117
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