2015 Fiscal Year Research-status Report
飛行体開始型デトネーション燃焼器：大容量・高圧燃焼ガスの瞬時生成機構の実証
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26870096
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
前田 慎市 埼玉大学, 研究機構研究企画推進室, 助教 (60709319)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | デトネーション / 水素燃焼 / 高速ガス銃 / 飛行体 / 衝撃波誘起燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）水素・酸素・ヘリウム混合気中で起爆したデトネーションを駆動源として、デトネーション駆動型高速ガス銃の射出性能を実験的に調査した。ヘリウム添加によって燃焼生成ガスの熱力学的状態を変化させた結果、ヘリウム添加しない場合とほぼ同等の飛行体射出性能が得られることが実験的および解析的に明らかにされた。すなわち、より少ない発熱エネルギーで射出性能が維持できることから、高効率の高速ガス銃へと発展し得ることが示唆された。また、平成２６年度の結果を受けて、射出性能の向上を目指した高速ガス銃の最適化を行った。デトネーション管の形状、発射管の長さ、起爆位置、駆動源となる可燃性混合気の組成を変更して実験を行い、安定してマッハ数7程度の高速飛行体を射出可能となった。
（２）本研究で構築したデトネーション駆動型高速ガス銃を用いて、作動流体を燃焼器に充填した燃焼実験を行い、高速飛行体によるデトネーション波および衝撃波誘起燃焼の起爆に成功した。作動流体として燃料（水素、アセチレン、エチレン）・酸素・アルゴンの予混合気を用い、初期圧力（25～150 kPaA）および飛行体マッハ数（4.0～7.0）を広範囲に変化させて起爆条件を明らかにした。高速度カメラを用いた高時間分解能の可視化手法を用いることで、飛行体周りに形成される燃焼形態は、化学反応の特性時間である反応誘導時間と反応時間の双方に依存することを明らかにした。
（３）より低い飛行体速度でデトネーション起爆可能な作動条件が得られる可能性があるため、六フッ化硫黄（SF6）を添加した可燃性混合気のデトネーション特性を実験的に調査した。六フッ化硫黄添加は、デトネーション波の固有伝播速度であるChapman-Jouguet速度を大幅に低下させることが確認された。また、六フッ化硫黄は水素・酸素に対して、よりデトネーションになり易い可燃性混合気へ変化させる性質を持つことが示唆された。
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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
デトネーション駆動型高速ガス銃の最適化が完了し、安定して超音速～極超音速で飛行体を射出可能となった。高速飛行体を用いた可燃性予混合気の起爆に成功しており、ほぼ予定通りの実験を行うことができた。現在、非平衡状態の作動流体における燃焼実験の準備を行っており、全体の達成度は90%である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度は、非平衡状態の作動流体における高速飛行体を用いた起爆を試みる。高速度カメラを用いた可視化手法を活用し、起爆条件とそのメカニズムの解明を目指す。
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