2015 Fiscal Year Annual Research Report
液滴パージとレーザー点火によるパルスデトネーション技術の高度化
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26289323
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
遠藤 琢磨 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00211780)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
難波 愼一 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00343294)
松岡 健 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40710067)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | エネルギー効率化 / 航空宇宙工学 / 流体工学 / 熱工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主として「エチレン・酸素・アルゴン混合気の組成(アルゴン希釈率)がパルスデトネーションおよびそれによる溶射に及ぼす影響の実験的解明」と「レーザー点火と電極間火花点火における点火能力の違いの理由の解明」を中心に研究を進めた。
前者については、ニッケルクロム（50：50）粉体を溶射材料とし、エチレン：酸素：アルゴンのモル比を1：3：X（Xは0から5まで1刻みで変化）として、実験を行い、溶射皮膜の気孔率、酸化物度、密着力を測定した。結果として、Xが２～３で気孔率１％以下かつ酸化物度数％程度となり、運転も安定で、ガス組成をある程度最適化できることがわかった。また、さらに、粉体のサイズを２種類、基材の送り速度を２種類変化させ、それらの皮膜に対する影響も調べた。これらは特に皮膜の密着力に大きく影響するものと見られ、詳細な解析を進めているところである。また、燃焼器単体を使った耐久試験も実施し、運転周波数150Hzで30分間の連続運転を達成した。
後者については、燃料希薄条件におけるレーザー点火の電極間火花点火に対する優位性について、実際の自動車用スパークプラグと同程度の電極間距離と印加電圧波形で電極間火花で点火する場合と、電極間火花点火の場合と吸収エネルギーを合わせたレーザー点火の場合とを比較することで、点火過程の詳細を比較した。結果として、レーザー点火の方が燃料希薄条件での点火能力に優れ、その主たる理由はレーザー点火のエネルギー投入時間が電極間火花点火のそれに対して５桁ほど短く、そのことによって初期火炎核が周囲の未燃ガスを適度に取り込み、その燃焼熱をも初期火炎核のエネルギーとしていることにあると考えられた。さらに、レトロリフレクターによる透過光再投入で燃料希薄な条件での点火能力がさらに上がることが実験的に示され、その理由は吸収エネルギーの増大が直接的に点火能力を高めていることがわかった。
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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
液滴パージによるパルスデトネーション技術の高度化に関しては、おおむね順調に進展している。高温の既燃ガスを水滴群の吹き込みでパージするだけでなく、燃焼器下流に水滴群を吹き込んでタービンエンジンのタービン入口温度を制御することも可能となり、また150Hzでの30分間連続運転を実現する過程で種々の冷却技術も高度化された。さらに、燃焼器の冷却が溶射皮膜作製の安定性に大きく影響することも明らかとなり、パルスデトネーション技術を実用化するための種々の技術開発ができた。
レーザー点火によるパルスデトネーション技術の高度化に関しても、おおむね順調に進展している。静止気体中の実験ではあるが、レトロリフレクターによる透過光再投入によってレーザー点火の点火能力が上がることが実証された。パルスデトネーション燃焼器へのレーザー点火導入については、まだ実験は始まっていないが物品の設計・製作および購入は済んでおり、５月から実験を立ち上げる段階に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も、溶射技術の開発とタービンエンジンの開発を通じ、パルスデトネーション技術の高度化を進める。液滴パージによる高度化については、技術として成熟度が上がってきたので、燃焼器の運転周波数変更やサイズ変更といったことにも取り組み、様々な条件変化に対して対応できるよう、技術の成熟度をより高めていく。レーザー点火による高度化は最終年度（28年度）の最重要課題であり、これまでの「静止気体中でのレーザー点火」から「流れの中でのレーザー点火」に研究を発展させる。特に、流速勾配があるときのレーザー点火は火炎核の急激な伸長を伴うので、そのような場合のレーザー点火の基礎的な点火特性を明らかにしていく。
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[Presentation] レーザー点火における透過光再入射の効果2015
Author(s)
竹中祐平, 迫義之, 本田智久, 城﨑知至, 難波愼一, 遠藤琢磨
Organizer
第47回流体力学講演会／第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
Place of Presentation
東京大学生産技術研究所
Year and Date
2015-07-02 – 2015-07-03
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