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デトネーション応用による簡素かつ高比推力な超小型衛星用ロケットエンジンの実現

研究課題

研究課題/領域番号 19K15209
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

川崎 央  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20802242)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードデトネーション / デトネーションエンジン / 化学推進 / 液体ロケット / ロケットエンジン / 燃焼 / 宇宙推進 / RDE / 小型 / システム / 回転デトネーションエンジン
研究開始時の研究の概要

本研究では,素早い燃焼完結性を有するデトネーション燃焼をロケットエンジンに取り入れることで,ロケットエンジンの性能を低下させること無くそのサイズを小型化することを狙っている.デトネーションを利用して小型ロケットエンジンを実現させる際には,大きな熱負荷密度に対応する熱設計の実現がキー技術となる.これを達成すべく,新たに構築する光学的な計測システム(火炎を透過して,燃焼器の温度変化を高い時間精度で計測するシステム)による熱流束同定を試み,デトネーションロケットエンジンにおける熱特性の解明を目指す.

研究成果の概要

回転デトネーションエンジン(RDE)においては、燃焼器内を周方向に極めて高速に伝播する回転デトネーション波の存在により、流れの温度、圧力、速度などが周方向に非一様となっていることが知られており、このことから壁面熱負荷は既存のロケットエンジン燃焼器におけるものと異なることが想定される。本研究では、このような極めて高速な熱現象を正しく理解するための端緒としての高速な温度計測手法の確立を目指し、近赤外高速2色式輻射温度計を新たに構築した。これをRDEの燃焼試験に適用して評価を行い、このような計測手法における基本的考慮事項を明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

デトネーションエンジンは、その理論効率が既存形式のエンジンの理論効率を上回ることから、将来型の高効率エンジンとして実用化が期待されている。実用化のための重要課題の1つは、デトネーションという極限的な現象に対応した熱設計の確立である。デトネーションエンジンでは、極めて高速に燃料の持つ化学エネルギーが解放されることから、従来形式のエンジンとは異なる熱設計が求められることが想定される。本研究では、デトネーション現象の時間スケールでの熱計測を可能とすることに端緒を開いた。また、本研究で取り扱った計測手法は、デトネーションエンジン以外の高速な熱現象を内包する対象についても有効であることが期待される。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Space Flight Demonstration of Rotating Detonation Engine Using Sounding Rocket S-520-312023

    • 著者名/発表者名
      Goto Keisuke、Matsuoka Ken、Matsuyama Koichi、Kawasaki Akira、Watanabe Hiroaki、Itouyama Noboru、Ishihara Kazuki、Buyakofu Valentin、Noda Tomoyuki、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Nakata Daisuke、Uchiumi Masaharu、Habu Hiroto、Takeuchi Shinsuke、Arakawa Satoshi、Masuda Junichi、et.al.
    • 雑誌名

      Journal of Spacecraft and Rockets

      巻: 60 号: 1 ページ: 273-285

    • DOI

      10.2514/1.a35401

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental study on detonation-diffraction reflection point distances in hydrogen and gaseous hydrocarbon reactive systems2022

    • 著者名/発表者名
      Sun Han、Kawasaki Akira、Itouyama Noboru、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro
    • 雑誌名

      Combustion and Flame

      巻: 245 ページ: 112329-112329

    • DOI

      10.1016/j.combustflame.2022.112329

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supersonic Exhaust from a Rotating Detonation Engine with Throatless Diverging Channel2022

    • 著者名/発表者名
      Nakata Kotaro、Ota Kosei、Ito Shiro、Ishihara Kazuki、Goto Keisuke、Itouyama Noboru、Watanabe Hiroaki、Kawasaki Akira、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Higashino Kazuyuki、Braun James、Meyer Terrence、Paniagua Guillermo
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: - 号: 7 ページ: 1-9

    • DOI

      10.2514/1.j061300

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of an S-Shaped Pulse Detonation Engine for a Sounding Rocket2022

    • 著者名/発表者名
      Buyakofu Valentin、Matsuoka Ken、Matsuyama Koichi、Kawasaki Akira、Watanabe Hiroaki、Itouyama Noboru、Goto Keisuke、Ishihara Kazuki、Noda Tomoyuki、Kasahara Jiro、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh、Nakata Daisuke、Uchiumi Masaharu、Habu Hiroto、Takeuchi Shinsuke、Arakawa Satoshi、Masuda Junichi、Maehara Kenji
    • 雑誌名

      Journal of Spacecraft and Rockets

      巻: - 号: 3 ページ: 1-11

    • DOI

      10.2514/1.a35200

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A study on detonation-diffraction reflection point distances in H2/O2, C2H2/O2, and C2H4/O2 systems2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Han、Kawasaki Akira、Matsuoka Ken、Kasahara Jiro
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 38 号: 3 ページ: 3605-3613

    • DOI

      10.1016/j.proci.2020.06.371

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental study of internal flow structures in cylindrical rotating detonation engines2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoo Ryuya、Goto Keisuke、Kasahara Jiro、Athmanathan Venkat、Braun James、Paniagua Guillermo、Meyer Terrence R.、Kawasaki Akira、Matsuoka Ken、Matsuo Akiko、Funaki Ikkoh
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 38 号: 3 ページ: 3759-3768

    • DOI

      10.1016/j.proci.2020.08.001

    • NAID

      120007170452

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] In-space Demonstrations of Rotating Detonation Engines: from Gaseous Propellant to Liquid Propellant Applications2023

    • 著者名/発表者名
      N. Itouyama, K. Matsuyama, K. Matsuoka, A. Kawasaki, K. Ishihara, S. Ito, K. Nakata, T. Sato, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      2023 AIAA SciTech Form
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] デトネーションエンジンの研究と観測ロケットを用いた宇宙飛行実験2022

    • 著者名/発表者名
      川﨑央,笠原次郎
    • 学会等名
      マイクログラビティ学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Data-driven Modeling of Reflection Point Distance Relevant to Diffracting Detonation Wave by using Machine Learning2022

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, H. Hasegawa, H. Sun, H. Watanabe, N. Itouyama, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      28th The International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 反射点距離による水素及び炭化水素燃料を含む化学反応系の爆轟性の定量評価2022

    • 著者名/発表者名
      孫 涵, 川﨑 央, 伊東山 登, 松岡 健, 笠原 次郎
    • 学会等名
      第54回流体力学講演会/第40回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 回折デトネーションにおける反射点距離の初期温度依存性に関する実験的研究2022

    • 著者名/発表者名
      菊地 湧生,川﨑 央,孫 涵,伊東山 登,松岡 健,笠原 次郎
    • 学会等名
      第60回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Flight Demonstration of Detonation Engine System Using Sounding Rocket S-520-31: System Design2022

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki, A., Matsuyama, K., Matsuoka, Watanabe, H., Itouyama, N., Goto, K., Ishihara, K., Buyakofu., V., Noda, T., Kasahara, J., Matsuo, A., Funaki, I., Nakata, D., Uchiumi, M., Habu, H., Takeuchi, S., Arakawa, S., Masuda, J., Maehara, K., Nakao, T., Yamada, K.
    • 学会等名
      AIAA SciTech 2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-Space Flight Demonstration Results of a Detonation Engine System on Sounding Rocket S-520-31: System Design2022

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, K. Matsuyama, K. Matsuoka, H. Watanabe, N. Itouyama, K. Goto, K. Ishihara, V. Buyakofu, T. Noda, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi, H. Habu, S. Takeuchi, S. Arakawa, J. Masuda, K. Maehara, K. Yamada, T. Nakao
    • 学会等名
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Study on Truncated Conical Rotating Detonation Engine with Diverging Flows2021

    • 著者名/発表者名
      K. Nakata, K. Ota, S. Ito, K. Ishihara, K. Goto, N. Itouyama, H. Watanabe, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      AIAA Propulsion and Energy Forum
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 回折デトネーション波観測に基づくデトネーション特性長予測に関するデータ駆動的検討2021

    • 著者名/発表者名
      川崎 央, 長谷川 大樹, 孫 涵, 伊東山 登, 渡部 広吾輝, 松岡 健, 笠原 次郎, 松尾 亜紀子, 船木 一幸
    • 学会等名
      第53回流体力学講演会/第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] デトネーション回折における反射点距離の人工ニューラルネットワークを用いた予測モデルの構築と評価2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川 大樹,川崎 央,孫 涵,伊東山 登,渡部 広吾輝,松岡 健,笠原 次郎,松尾 亜紀子,船木 一幸
    • 学会等名
      第59回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] デトネーション燃焼器により駆動されるMHD発電システムの概念検討2021

    • 著者名/発表者名
      川﨑 央,松本 正晴
    • 学会等名
      新エネルギー・環境研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] A study on detonation-diffraction reflection point distances in H2/O2, C2H2/O2, and C2H4/O2systems2021

    • 著者名/発表者名
      H. Sun, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara
    • 学会等名
      38th International Symposium on Combustion
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental study of internal flow structures in cylindrical rotating detonation engines2021

    • 著者名/発表者名
      R. Yokoo, K. Goto, J. Kasahara, V. Athmanathan, J. Braun, G. Paniagua, T. Meyer, A. Kawasaki, K. Matsuoka, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      38th International Symposium on Combustion
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素・酸素及び炭化水素・酸素混合気におけるデトネーション回折時の特性長に対する当量比の影響調査2021

    • 著者名/発表者名
      孫 涵,川﨑 央,伊東山 登,渡部 広吾輝,松岡 健,笠原 次郎
    • 学会等名
      2020年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡大流路を有する単円筒回転デトネーションエンジンに関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      中田 耕太郎,太田 光星,石原 一輝,後藤 啓介,伊東山 登,渡部 広吾輝,川﨑 央,松岡 健,笠原 次郎,松尾 亜紀子,船木 一幸
    • 学会等名
      2020年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] S-520-31号機によるデトネーションエンジン実験の進捗状況:デトネーションエンジンシステム2021

    • 著者名/発表者名
      川崎 央,野田 朋之,ブヤコフ バレンティン,石原 一輝, 後藤 啓介,伊東山 登,渡部 広吾輝,松岡 健,松山 行一,笠原 次郎,他11名
    • 学会等名
      令和2年度宇宙輸送シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 2MW 級自己誘起磁場型 MPD スラスタの推進性能と熱特性に関する実験的研究2021

    • 著者名/発表者名
      田内 思担、大塩 裕哉、川崎 央、船木 一幸
    • 学会等名
      令和2年度 宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 気相デトネーションの反射点距離に与える希釈種の影響に関する実験的検討2020

    • 著者名/発表者名
      川崎 央,孫 涵,伊東山 登,渡部 広吾輝,松岡 健,笠原 次郎
    • 学会等名
      第58回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 水素・酸素及び炭化水素・酸素混合気におけるデトネーション回折に伴う特性長の初期圧力及び当量比依存性調査2020

    • 著者名/発表者名
      孫 涵, 川﨑 央, 渡部 広吾輝, 伊東山 登, 松岡 健, 笠原 次郎
    • 学会等名
      流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2020オンライン
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Combustion Pressure Distributions and Thrust Performances in Small Cylindrical Rotating Detonation Engines2020

    • 著者名/発表者名
      R. Yokoo, K. Goto, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      AIAA SciTech 2020 Forum
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Experimental Study of In-Space Rotating Detonation Rocket Engine with Cylindrical Configuration2019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, R. Yokoo, K. Goto, J.H. Kim, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      AIAA Propulsion and Energy
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 膜冷却壁を有する小型単円筒回転デトネーションエンジンの実験研究2019

    • 著者名/発表者名
      川﨑 央, 横尾 颯也, 金 周会, 松岡 健, 笠原次郎, 松尾 亜紀子, 船木 一幸
    • 学会等名
      第51回流体力学講演会/第37回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development Progress of a Detonation Engine Testing Module for Flight Demonstration on Sounding Rocket S-520 #312019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, K. Goto,K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      2nd International Constant Volume and Detonation Combustion Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Experimental Investigation of a Detonation Characteristics Length Scale Relevant to Critical Diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, J. Kasahara
    • 学会等名
      27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] デトネーション燃焼技術応用による宇宙推進システムの高度化研究2019

    • 著者名/発表者名
      川﨑央、松岡健、笠原次郎、松尾亜紀子、船木一幸
    • 学会等名
      令和元年度電気学会新エネルギー・環境研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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