デトネーション燃焼利用による高効率２液式ロケットエンジンの革新的小型化

• 研究課題/領域番号: 17H06741
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 川崎 央 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20802242)
• 研究期間 (年度): 2017-08-25 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: デトネーション / 航空宇宙推進工学 / 回転デトネーションエンジン / 宇宙推進 / ロケットエンジン / RDE / 航空宇宙工学 / ロケット

研究成果の概要

本研究では，デトネーション燃焼の素早い燃焼完結性に着目して，2液式ロケットエンジンの革新的小型化を狙った．デトネーション燃焼を利用するロケットエンジンの一種である回転デトネーションエンジン（RDE）の燃焼器は，従来，デトネーション燃焼の安定維持のために二重円筒流路を有するのが通常であった．しかし，燃焼器寸法のエンジン性能への影響を詳細に検討することにより，構造がより簡便で，小型化のより容易な単円筒流路においても，燃焼器流路断面積に対して適切な推進剤流量を確保することで，エンジン性能が劣化しないことが実験的に明らかとなった．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で単円筒RDEが二重円筒RDEに匹敵する性能を発揮しうることが明らかとなったことから，RDEの更なる小型化が可能となる．単円筒構造は，燃焼器の熱設計の観点からも簡素なシステムの成立につながり，有用である．翻って宇宙推進工学の観点からは，従来実現が難しかった比推力性能の高い超小型ロケットエンジンへの端緒が開かれた点で学術的・社会的に意義深い．本研究を更に発展させることで，燃焼器のクラスタ化によるコスト低減や単機での小型衛星搭載による機動性向上に資することが期待される．

研究成果

• [雑誌論文] A novel characteristic length of detonation relevant to supercritical diffraction (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, J. Kasahara
  • 雑誌名: Shock Waves 巻: - 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1007/s00193-019-00890-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Propulsive Performance and Heating Environment of Rotating Detonation Engine with Various Throat Geometries (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Goto, J. Nishimura, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi, and K. Higashino
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: 35 ページ: 213-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Measurement of Fluid Motion in Semi-Valveless Pulse Detonation Combustor with High-Frequency Operation (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kubota, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo, and T. Endo
  • 雑誌名: Combustion Science and Technology 巻: - 号: 2 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1080/00102202.2018.1559837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Critical Condition of Inner Cylinder Radius for Sustaining Rotating Detonation Waves in Rotating Detonation Engine Thruster (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, T. Inakawa, J. Kasahara, K. Goto, K. Matsuoka, A. Matsuo, I. Funaki
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: 印刷中
  • NAID: 120006631545
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on a Reflective Shuttling Detonation Wave in Fan-Shaped Two-Dimensional Combustor (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Investigation on Propagation Behavior of Gaseous Detonation in Water Spray (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, A. Matsuo, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Anode Configuration on Hydrogen MPD Thruster Performance: A Numerical Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Tauchi, S., Kawasaki. A., Nakene, M., Kubota, K., Funaki, I.
  • 雑誌名: Trans. JSASS, Aerospace Technology Japan 巻: 印刷中
  • NAID: 130006731637
  • 査読あり
• [学会発表] Propulsion Performance of Inner-Cylinder-Less Rotating Detonation Engine (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Yokoo, K. Goto, J. Kim, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: 57th AIAA Aerospace Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Performance Validation of a Rotating Detonation Engine toward a Flight Demonstration (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Goto, R. Yokoo, J. Kim, A. Kawasaki, K. Matsuoka and J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi
  • 学会等名: 57th AIAA Aerospace Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical investigation of the effect of water spray on irregular and regular gaseous detonation (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, A. Matsuo, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara
  • 学会等名: 11th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations
  • 国際学会
• [学会発表] Supersonic Combustion Induced by Reflective Shuttling Shock Wave in Fan-Shaped Two-Dimensional Combustor (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo
  • 学会等名: 37th International Symposium on Combustion
  • 国際学会
• [学会発表] Critical Condition of Inner Cylinder Radius for Sustaining Rotating Detonation Waves in Rotating Detonation Engine Thruster (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, T. Inakawa, J. Kasahara, K. Goto, K. Matsuoka, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: 37th International Symposium on Combustion
  • 国際学会
• [学会発表] Thrust Measurement and Combustion Visualization of a Cylindrical Rotating Detonation Engine for Rocket Propulsion (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kawsaki, T. Inakawa, K. Goto, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 学会等名: The 15th International Space Conference of Pacific-basin Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary Experiments on Rotating Detonation Rocket Engine for Flight Demonstration Using Sounding Rocket (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Goto, J. Nishimura, J. Higashi, H. Taki, T. Ukai, Y. Hayamizu, K. Kikuchi, T. Yamada, S. Watanabe, K. Hotta, T. Inakawa, A. Kubota, M. Yamaguchi, T. Daicho, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 学会等名: 56th AIAA Aerospace Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Study on Rotating Detonation Engine Performance in Low Ambient Pressure for Sounding Rocket Flight Experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Kasahara, K. Matsuoka, A. Kawasaki, K. Goto, J. Nishimura, J. Higashi, H. Taki, T. Ukai, Y. Hayamizu, K. Hiroyuki, T. Yamada, S. Watanabe, K. Hotta, T. Inakawa, Y. Kubota, M. Yamaguchi, T. Daicho, A. Matsuo, I. Funaki, K. Yasuda, K. Mori, H. Yagihashi, D. Nakata, M. Uchiumi, and K. Higashino
  • 学会等名: International Workshop on Detonation for Propulsion 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Development of 1D, time-dependent, multi-fluid model for Hall thruster discharge plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, and K. Hara
  • 学会等名: 35th International Electric Propulsion Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Pulse Detonation Operation at Kilohertz Frequency (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Taki, N. Hirota, K. Matsuoka, A. Kawasaki, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo, and T. Endo
  • 学会等名: 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Critical Condition for Detonation Diffraction with Stable and Unstable Mixtures (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Kasahara and A. Kawasaki
  • 学会等名: 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Study on a Rotating Detonation Turbine Engine with an Axial Turbine (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Rhee, C. Ishiyama, J. Higashi, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 学会等名: 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 国際学会