| 研究課題/領域番号 |
23K21004
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01528 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
中谷 辰爾 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00382234)
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| 研究分担者 |
津江 光洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50227360)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
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| キーワード | 液体ロケット / メタン / 超臨界 / 振動燃焼 / 化学発光 / 燃焼不安定性 / 数値流体解析 / 実在気体効果 / メタンロケットエンジン / 分光計測 / データ駆動型アプローチ / ロケットエンジン / 反応清熱流体 / データドリブンアプローチ / 反応性熱流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液化メタン(LCH4)/液体酸素(LOx)を推進剤とするロケットエンジン燃焼器内の反応性熱流体の挙動のモデリングおよび燃焼不安定性メカニズムの解明を目的とし，ロケットエンジンモデル燃焼器を設計製作し，実エンジン環境における燃焼試験および数値解析を実施する．計算結果や計測により得られる高空間分解，時系列高次元データに対し，線形および非線形なデータドリブンアプローチにより，低次元化および特徴量抽出を行う．Flamelet法を応用し，着火や消炎を適切に再現し，高精度な数値解析手法を構築する．それらにより超臨界環境に至る燃焼不安定性を含む燃焼ダイナミクスを明らかにする．
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| 研究実績の概要 |
液体メタン/液体酸素を推進剤とするロケットエンジン燃焼器内の燃焼現象の解明およびモデリングを目的とし，実験および数値解析を行った．高圧力環境下におけるロケットエンジン燃焼器内で観察される，350nmから500nmに向けて観察されるブロードバンドな化学発光の特性を把握するため，急速圧縮機を用いた高圧高温環境下における燃焼において高速分光を実施した．水素/酸素富化空気燃焼，メタン/酸素富化空気燃焼の双方の燃焼においてこれらの分光データを取得し，これらの発光がH2O，CO2等の三原子分子以上の分子に起因する可能性が示された．
OH*およびCH*化学発光メカニズムを組み込んだ数値計算モデルを構築し，高温高圧力環境下での点火挙動における数値解析を実施した．OH*やCH*の濃度履歴に関して，概ね文献値と比較して良い一致が見られた．CFDに適用可能なモデルを構築した．
また，エネルギー分布にボルツマン分布を考慮したOH*，CH*の振動-回転スペクトルの理論計算を実施し，振動温度および回転温度を求めた．一次元平面火炎において，その推定温度に関して評価した．火炎帯に近いところでは，化学反応による励起が支配的となり，火炎温度に対して振動回転温度が高くなった．一方で，後流においては熱平衡的に概ね正確な温度が得られた．CH*の方が熱平衡からずれる領域が狭いが，信号強度が弱い．
CFDモデルに関して，遷臨界を含む環境における熱物性モデルを組み込んだ数値計算を実施した．PR-RKの状態方程式モデルを組み込み，熱物性値の変化に対して，実在気体効果を組み込んだ．超臨界に至る一次元対向流火炎において検証を行い妥当性を確認した．ピントル型インジェクタを用いた燃焼器の数値計算コードに上記モデルを組み込みを計算を実施し，基礎的な結果を得た．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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