| 研究課題/領域番号 |
22K14425
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
松井 康平 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (70882992)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | レーザ点火 / 固体ロケット / ボロン硝酸カリウム / 火薬 / 点火システム / 半導体レーザ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体ロケットモータのレーザ点火システムの実現には火薬のレーザ着火現象を理解することが必要不可欠であり，本研究では様々な環境下およびレーザパラメータにおけるレーザ着火現象を再現できる物理モデルの構築を目的とする．そのために①雰囲気圧力，初期薬温，レーザ径，レーザ波長をパラメータとした際の，着火遅れ時間，着火温度，着火限界をモデル検証データとして実験で取得し，②火薬の温度上昇を解く上での基礎となるシミュレーションツールを構築・計算条件の決定を行い，③実験で得られた着火特性と数値計算結果を比較しモデルの改良・妥当性の検証を行い，着火特性の実験値を再現できるモデルを明らかにする．
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| 研究実績の概要 |
近年レーザ発振器の小型化に伴い、申請者は従来の点火器にとってかわる技術としてレーザ点火システムを提案している。レーザ点火システムを用いることで電気的外乱による誤作動を防止することが可能となり、本質的に安全な点火システムを構築できる。そのためには火薬のレーザ着火特性を明らかにする必要がある。そのアプローチとして、様々な条件におけるレーザ着火現象を再現できる物理モデルを構築することを目的としている。今年度は、レーザ照射開始から着火に至るまでに火薬から噴出するガスの影響を調査するために、火薬へのレーザ照射方向を重力方向と水平方向に変化させることで噴出ガスの影響を調査した。結果としてガスが表面から発生、上昇していくことが確認され、水平方向照射の場合、重力方向照射より着火遅れが小さくなることが明らかになった。ガスによるレーザ強度の減衰が影響していると考え、構築した3次元数値計算コードで、減衰率をパラメータとした計算を実施した結果、減衰率が最大80%程度であることがわかった。また、雰囲気圧力による着火遅れへの影響を調査するため、雰囲気圧力を 2kPa - 90 kPaと変化させて着火遅れを取得した。真空チャンバー内で減圧し、高速度カメラによって着火遅れ及び着火の様子の高速度画像を取得した。結果として圧力が小さいほど着火遅れが小さくなることが明らかになり、雰囲気圧力によって最大で20倍程度着火遅れが変化することが明らかになった。高速度画像の様子から、低圧の場合、火薬からの噴出ガスが拡散しやすくなることで減衰の影響が小さくなることが示唆された。今後はガスの影響を定量的に明らかにする必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度当初はレーザ波長とレーザ径の影響を調査する予定であった。また、熱試験を行い火薬の物性値を取得する予定であった。しかし、噴出ガスが着火特性に影響することが明らかになり、その評価に時間を要したため、波長とレーザ径依存性についての実験値取得、熱試験を実施するまでには至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
雰囲気圧力に関しては実験点数を増やし、火薬から噴出するガスの量と圧力の関係を定量的に明らかにし、数値計算コードに組み込む。また、波長およびレーザ径をパラメータとした実験を行い、実験データの拡充を行う。現在の数値計算コードでは火薬の物性値は文献値を使用しているが、より正確な計算を行うため、火薬の物性値を取得する。熱試験によって火薬の生成熱、活性化エネルギー、頻度係数を取得し、計算コードに組み込む。以上の実験と数値計算コードの改良によって、各パラメータの依存性を組み込んだ、汎用的なレーザ着火モデルの構築を目指す。
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