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2018 年度 実績報告書

機体とエンジンの融合を目指す:デトネーションアクチュエータの研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K18937
研究機関名古屋大学

研究代表者

笠原 次郎  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312435)

研究分担者 松尾 亜紀子  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70276418)
船木 一幸  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
松岡 健  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40710067)
川崎 央  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20802242)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワードデトネーション / 推進工学 / 航空宇宙工学 / 熱工学 / 輸送機器 / フィルム冷却 / アクチュエータ
研究実績の概要

第2年度は、アクチュエータを製作し、かつ、アレイ化するための本格的な研究を行った。これまで開発に成功してきた回転デトネーションエンジン技術を応用して、デトネーションアクチュエータを製作し、高速ジェットの推力特性を測定し、理論性能(適性膨張を仮定した場合)の90%以上の推力が発生することを確認した。アクチュエータは、制御信号のONが入力されば、燃料(エチレン)と酸化剤(酸素)のバルブが開となり、燃焼器部に気体が投入され、点火し、回転デトネーション波が発生し、音速の高速ジェットを生成でき、OFFにすると、停止する仕組みとした。エンジンの目標応答時間は100 ms、Ispは 242 secを達成している。内筒部のない回転デトネーションアクチュエータ作動実験を行い、適性な作動を実施し、可視化計測でも結果を確認した。内筒なしで、超小型のデトネーションアクチュエータを実現したことになる。特に、推力と周囲圧力、インジェクター部の流出運動量の計測によって、一次元的な膨張でありながら、既燃気体が音速に加速していることを確認し、これまでの常識とは異なる膨張過程であることを確認した。また、窒素フィルム冷却機構を開発し、壁面への熱流束を抑制可能であることを実験的に確認した。この成果によって、アクチュエータは長時間の作動に耐えることが確認された。また、冷却剤としての窒素ガスの噴射によって推力増大効果が存在することも確認できた。この現象はパルスデトネーションエンジンにおける部分充填効果と類似している。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Purdue University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Purdue University
  • [雑誌論文] A novel characteristic length of detonation relevant to supercritical diffraction2019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, J. Kasahara
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s00193-019-00890-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Propulsive Performance and Heating Environment of Rotating Detonation Engine with Various Nozzles2019

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, J. Nishimura, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi, K. Higashino
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: 35 ページ: 213-223

    • DOI

      10.2514/1.B37196

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical condition of inner cylinder radius for sustaining rotating detonation waves in rotating detonation engine thruster2019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawasaki, T. Inakawa, J. Kasahara, K. Goto, K. Matsuoka, A. Matsuo, I. Funaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 37 ページ: 3461~3469

    • DOI

      10.1016/j.proci.2018.07.070

    • 査読あり
  • [学会発表] Propulsion Performance of Inner-Cylinder-Less Rotating Detonation Engine2019

    • 著者名/発表者名
      R. Yokoo, K. Goto, J. Kim, A. Kawasaki, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      SciTech 2019, 57th AIAA Aerospace Science Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Performance Validation of a Rotating Detonation Engine toward a Flight Demonstration2019

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, R. Yokoo, J. Kim, A. Kawasaki, K. Matsuoka and J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, D. Nakata, M. Uchiumi,
    • 学会等名
      SciTech 2019, 57th AIAA Aerospace Science Meeting
  • [学会発表] Research and Development of Rotating Detonation Engine system for the Sounding Rocket Flight Experiment2018

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      The 8th BSME International Conference on Thermal Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Research of Rotating Detonation Engine for Space Flight System2018

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      Annual Conference of State Key Lab of Explosion Science and Technology & 2018 International Workshop on Intensive Loading and Its Effect
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Research and Development of Rotating Detonation Engine System for the Sounding Rocket Flight Experiment2018

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara, A. Kawasaki, K. Matsuoka, A. Matsuo I. Funaki D. Nakata, M. Uchiumi
    • 学会等名
      11th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations (ICPCD)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental Research of Rotating Detonation Engine System toward the Sounding Rocket S520 Space Flight2018

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara, A. Kawasaki, K. Matsuoka, A. Matsuo I. Funaki D. Nakata, M. Uchiumi, K. Higashono
    • 学会等名
      International Workshop on Detonation for Propulsion 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental Study of a Disk-Shaped Rotating Detonation Combustor with a Low-Loss-Inlet2018

    • 著者名/発表者名
      J. Higashi, Y. Sato, J. Kasahara, A. Kawasaki, K. Matsuoka, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      37th International Symposium on Combustion
  • [学会発表] Research and Development of Rotation Detonation Engines for Sounding Rocket Flight Experiments2018

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      The 15th International Space Conference of Pacific-basin Societies (ISCOPS)
  • [図書] 最新・未来のエンジン2019

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎,他
    • 総ページ数
      196
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4254231472
  • [備考] 推進エネルギーシステム工学研究グループ

    • URL

      http://www.prop.nuae.nagoya-u.ac.jp/

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公開日: 2019-12-27  

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