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高エネルギー塩を基材としたイオン液体推進薬の着火機構解明と着火遅れ制御

研究課題

研究課題/領域番号 18J14397
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東京大学

研究代表者

伊東山 登  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードエネルギー物質 / レーザ着火 / 推進薬 / 炭素材料 / スラスタ / 小型衛星 / 化学反応機構
研究実績の概要

本課題の最終ゴール設定はイオン液体推進薬(ADN-EILPs)を用いた小型一液スラスタシステムの提案であった.本年度は昨年提示した,次に示す3つの研究課題に取り組んだ;(1)CWレーザ着火におけるレーザパラメータの整理と相関性評価,(2)スラスタシステムの検討とスラスタ設計フローの提案, (3)ラボラトリモデル(LM)スラスタ試験の設計・燃焼試験の実施.
課題(1):サンプルの着火遅れ時間の定量評価のために,サンプル表面における安定したレーザ照射状態を保証可能なレーザ着火用実験系を構築した.当該実験系を用いて,レーザ強度とADN-EILPsの着火遅れ時間の相関を検証した.レーザ強度に対するADN-EILPsの着火遅れ時間の分布は,前年度研究の考察に基づいた予測とは異なる傾向を示した.温度履歴解析および光学観察の結果から,本傾向はADN-EILPsの熱分解で発生する気泡によって光学的遮蔽効果があることが推測された.
課題(2):吸光材を推進薬供給方法としても用いる毛細管浸透型推進薬供給法と燃焼下限圧力以下の燃焼圧設計よりADN-EILPsの着火と消火をパルス的に繰り返し推力獲得するスラスタ概念を導出した.さらに当該スラスタの設計フローを構築した.
課題(3):(2)で述べたスラスタ概念および設計フローに基づき,LMスラスタを試作し,着火試験からLMスラスタの推進特性を評価した.圧力履歴,推力履歴および動画の解析から,概ね3 sの着火遅れで推力が発生することが確認された.当該着火試験の結果から,提案されたスラスタ概念は実現可能であることを見出した.
提案されたスラスタ概念は,既往の一液スラスタとは根本的に異なる機構である.そのため,本研究課題を通して,現存しない革新的なスラスタシステムの提案に至った.更に,0.5 U級の超小型スラスタモジュールの構成例を示した.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Characterization of Continuous‐Wave Laser Heating Ignition of Ammonium Dinitramide‐Based Ionic Liquids with Carbon Fibers2020

    • 著者名/発表者名
      Itouyama Noboru、Matsunaga Hiroki、Habu Hiroto
    • 雑誌名

      Propellants, Explosives, Pyrotechnics

      巻: - 号: 6 ページ: 988-996

    • DOI

      10.1002/prep.201900352

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CWレーザ加熱されたカーボン吸光材の液中分散評価2020

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登, 羽生宏人
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 23-26

    • URL

      http://id.nii.ac.jp/1696/00046279/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高エネルギーイオン液体推進剤の点火システムの研究開発2020

    • 著者名/発表者名
      松永 浩貴, 伊東山 登, 和田 明哲, 和田 明哲, 松本 幸太郎, 塩田 謙人, 伊里 友一朗, 勝身 俊之, 羽生 宏人, 野田 賢, 三宅淳巳
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 1-10

    • URL

      http://id.nii.ac.jp/1696/00046276/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超小型宇宙機搭載に向けた一液式推進系のトレードオフ評価2020

    • 著者名/発表者名
      和田 明哲, 伊東山 登, 羽生 宏人
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 11-16

    • URL

      http://id.nii.ac.jp/1696/00046277/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous‐Wave Laser Ignition of Non‐Solvent Ionic Liquids Based on High Energetic Salts with Carbon Additives2019

    • 著者名/発表者名
      Itouyama Noboru、Habu Hiroto
    • 雑誌名

      Propellants, Explosives, Pyrotechnics

      巻: 44 号: 9 ページ: 1107-1118

    • DOI

      10.1002/prep.201900063

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] カーボン吸光/CWレーザ加熱法によるAND-EILPsの着火性評価2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 羽生宏人
    • 雑誌名

      高エネルギー物質研究会:平成30年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-18-006 ページ: 11-16

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 気相領域におけるイオン性液体推進薬の化学反応モデル構築2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 伊里友一朗, 三宅淳巳, 羽生宏人
    • 雑誌名

      高エネルギー物質研究会:平成30年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-18-006 ページ: 33-40

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation for Ignition of ADN-based Ionic Liquid with Visible Pulse Laser2018

    • 著者名/発表者名
      ITOUYAMA Noboru、HABU Hiroto
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      巻: 16 号: 3 ページ: 291-298

    • DOI

      10.2322/tastj.16.291

    • NAID

      130006731649

    • ISSN
      1884-0485
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-time analysis of decomposed Gas from HAN(aq.) with/without Ir-based catalyst by thruster-simulation/MPI/TOF-MS2018

    • 著者名/発表者名
      Noboru Itouyama, Totaro Imasaka, Keiichi Hori
    • 雑誌名

      Science and Technology of Energetic Materials

      巻: 79 ページ: 102-107

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 硝酸ヒドロキシルアミン系一液推進薬の実験的化学反応分析に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登
    • 学会等名
      火薬学会2019年度春季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アンモニウムジニトラミド系イオン液体推進薬の気相領域における燃焼機構2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登, 羽生 宏人
    • 学会等名
      火薬学会2019年度春季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 連続光レーザ/浸透式インジェクタを用いたイオン性液体推進薬の着火制御2018

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 羽生宏人
    • 学会等名
      火薬学会2018年度春季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アンモニウムジニトラミド系イオン性液体の気相詳細反応モデル構築と妥当性評価2018

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 伊里友一朗, 三宅淳巳, 羽生宏人
    • 学会等名
      火薬学会2018年度春季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高エネルギー物質を基剤としたイオン液体推進剤の研究開発2018

    • 著者名/発表者名
      松永浩貴, 伊東山登, 塩田謙人, 伊里友一朗, 勝身俊之, 羽生宏人, 野田賢,三宅淳巳
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Laser ignitions for non-solvent ionic liquid propellant based on Ammonium dinitramide2018

    • 著者名/発表者名
      Noboru Itouyama, Hiroto Habu
    • 学会等名
      The 6th Laser Ignition Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser ignition of non-solvent ionic liquid based on high energetic salts with two types laser for thruster2018

    • 著者名/発表者名
      Noboru Itouyama, Hiroto Habu
    • 学会等名
      49th International Annual Conference of the Fraunhofer ICT
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on high energetic ionic liquids for propellant2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Matsunaga, Noboru Itouyama, Kento Shiota, Yu-ichiro Izato, Toshiyuki Katsumi, Hiroto Habu, Masaru Noda, and Atsumi Miyake
    • 学会等名
      3rd New Energetics Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 噴射装置及び推進システム2018

    • 発明者名
      羽生宏人, 伊東山登
    • 権利者名
      羽生宏人, 伊東山登
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-048994
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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