| 研究概要 |
デトネーション波を間欠的に発生させて,推力や仕事を獲得するパルスデトネーションエンジン(PDE)の研究開発が日本,米国,欧州で行われている.PDEの利点の一つは,推進剤をPDEの管状のエンジンの内部に部分的に充填(以下,部分充填)することで,化学的エネルギーを効率よくPDEの運動量に変換できることである.しかしこの部分充填効果の最大値に関しては,未だ明らかではない.理由はデトネーション波を生成するための「開始距離」の存在にある.低い部分充填率でのインパルスが開始距離または部分充填のどちらの影響を受けているかの判別が,困難である.また,部分充填率が低下すると,インパルスの計測を推力面(閉管端)の圧力計測で行った場合,誤差が増大するという問題がある.本年度の研究では,PDEと類似現象である不活性ガスの破膜・膨張現象を観測することで,部分充填効果の最大値が,部分充填それ自体によってもたらされること示した.また弾道振子法を用いて推力面の圧力の時間積分値を出力することで高精度の測定を行った.
不活性気体駆動弾道振子を用いて,部分充填効果の限界を実験的に定量的に測定した.部分充填率が0.3から1.0の領域においては,高圧管内の気体にヘリウム,窒素を用いた場合両方において,部分充填モデルと極めてよい一致を示した.しかし,部分充填率が0.3以下では,ヘリウム,窒素とも,モデルより低い値を示した.これは圧縮性が原因であると考えられる.また,部分充填率が0.1以下では,充填率の減少に伴い比インパルスは減少した.これは気体から管壁面への運動量の摩擦損失,熱伝達,もしくは衝撃波でのエネルギー散逸によると考えられる.本実験の結果は類似作動を行うパルスデトネーションエンジンでも同様の性能限界を示すことと考えられる.
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