Research on the high performance hybrid rocket fuel based on the gaseous species concentration measurement and the reaction mechanism analysis at high heating rate
| Project/Area Number |
21H01537
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
堀 恵一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 専任教授 (40202303)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸野倉 賢一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00260034)
津越 敬寿 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (20277271)
和田 豊 千葉工業大学, 工学部, 教授 (20553374)
三島 有二 株式会社神戸工業試験場(生産本部技術開発部), 技術企画室, 研究員 (30501689)
坂野 文菜 山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40961735)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | ハイブリッドロケット / 燃焼 / 高分子燃料 / 熱分解 / 反応動力学 / 固体燃料 / 急速加熱場 / 急速加熱 / 燃焼機構 / 宇宙推進 / 燃焼工学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，近い将来の宇宙産業の勃興に備え，宇宙推進工学の分野での至上命題の次世代燃料：ハイブリッドロケット(HR)燃料の開発に係る．次世代燃料の開発は，高分子燃料の燃焼速度(燃料後退速度)の低さが原因となり，十分な推進力を得ることが出来ない状況が続いていた．我々の独創的アプローチでは，熱分解・燃焼時の反応機構を分子レベルで解明することで，高分子燃料の分子設計も従来の経験則に代わって論理的に展開する．本研究では，これまでの研究成果を踏まえて，HR燃料の気相中での反応動力学を研究し，次世代燃料としての実用化への道を開く高性能化研究を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙推進分野に於いてハイブリッドロケット推進は長年、次世代推進機関として注目を集めてきた。しかし、固体燃料となる高分子燃料は元来難燃性を重視して開発されたものがほとんどで、燃焼速度（表面後退速度）が低く大推力発揮を要するロケット燃料に向いていない。従前の研究で高分子材の燃焼速度向上を最終的な目標とし、ロケット燃焼の場を模擬する環境下での燃料分解機構を解析する手段を開発した。具体的には、断熱性の高い高分子材料内、燃焼表面近傍での急激な温度上昇を模擬した上で、精確な質量分析を可能とする研究者G独自のスキマー機構技術を用い、常圧での熱分解生成物の同定に成功した。本研究ではロケット燃焼場を模擬すべく装置の高圧化に取り組み、1MPaまでの高圧化に成功した。
高分子燃料に、燃焼速度向上が期待できる熱可塑性樹脂を用い1MPaでの実験を実施したところ、熱分解（低分子量化）の過程の中でエチレンが発生し、酸化剤との拡散火炎帯に入る前に芳香族化、最終的には煤を発生させることで燃焼現象が阻害されていることが判明した。
エチレンを効率的に除去する手段として各種添加剤を試験した結果、五酸化バナジウムが有効であることを実験的に見出した。結果的には燃焼速度を50%以上向上することに成功し、観測ロケットレベルであれば十分に実用に供することができる領域まで高めることができた。また、エチレンパス、V2O5の作用機構については、Chemkinを利用した反応解析でも明らかとされ、査読付き論文に発表された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
