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2023 年度 実績報告書

高速反応学理に基づく革新的エネルギー物質の創製と高度着火燃焼制御

研究課題

研究課題/領域番号 20H00287
研究機関横浜国立大学

研究代表者

三宅 淳巳  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (60174140)

研究分担者 伊里 友一朗  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (90794016)
塩田 謙人  福岡大学, 工学部, 助教 (30827837)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード高速反応学理 / エネルギー物質 / 着火燃焼機構
研究実績の概要

本研究の目的は、申請者らのグループが実施してきた凝縮相エネルギー物質の爆発燃焼現象に関する研究を深化・推進し,実験による測定値を用いることなく純理論的に高速反応現象を再現し得る詳細反応モデリング技術の構築により高速反応の学理を構築し,世界初となるイオン液体系エネルギー物質(EILs)の創製に挑戦するものである。
詳細反応モデリングとは、化学反応の最小単位である素反応レベルで構成された反応機構のことであり、本研究ではヒドラジン/四酸化二窒素混合系等の液相中における高速化学反応に関する詳細反応モデリングを達成した。その過程で凝縮相反応を理論的に取り扱うための量子化学計算に関する統計熱力学理論を構築することにも成功した。当該モデルシミュレーションよりエネルギー物質の着火現象を支配する化学反応に関する学理を深化させることができた。
高エネルギー物質アンモニウムジニトラミドにヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩を混合・合成して得られるEILは既存の推進剤性能(液体保持温度、熱安定性、理論密度比推力)を大きく上回る革新的なポテンシャルを有することがわかった。研究開始当初から懸念されたEILsの難着火性の克服についても、電圧印加によって短い着火遅れ時間で着火に至ることがわかった。これは電圧印加によって電解と熱分解が相互作用しながら着火に至るメカニズムであり,そのメカニズムには試料の導電率や粘度も影響してることが明らかになった。
電圧印加方式を備えたEIL用燃焼器を具現化するために2重円筒電極燃焼器を発案した。この燃焼器を3Dプリンターにて試作し、燃焼実験を行うことで、世界に先駆けて電圧印加を用いた着火・燃焼器を用いて推力を得られることを確認することができた。しかし、実測された推力は理論推力には到達しておらず、燃焼器構造の最適化による燃焼効率の向上が必要であることも明らかとなった。

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。

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。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] Kyungil University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Kyungil University
  • [雑誌論文] Computation of entropy values for non-electrolyte solute molecules in solution based on semi-empirical corrections to a polarized continuum model2023

    • 著者名/発表者名
      Y.Izato, A.Matsugi, M.Koshi and A.Miyake
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 25 ページ: 8082-8089

    • DOI

      10.1039/D2CP04972D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature variation measurements of an ignited energetic ionic liquid2023

    • 著者名/発表者名
      D. Kim, Y. Kubota, Y. Izato, A. Miyake
    • 雑誌名

      Science and Technology of Energetic Materials

      巻: 84 ページ: 14-16

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Ignition of Energetic Ionic Liquids Electrolysis Ignition Thrusters2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Omori, Noboru Itouyama, Kento Shiota, Yu-ichiro Izato, Atsumi Miyake
    • 学会等名
      International Symposium on Space Technology and Science 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal properties of Ammonium dinitramide based multi-pair ionic liquid2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Omori, Ryota Isoda, Kento Shiota, Yu-ichiro Izato, Atsumi Miyake
    • 学会等名
      International Conference on Chemical Thermodynamics 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermodynamic Analysis of Liquid Structure of ADN Based Multi-Pair Ionic Liquid And Mixtures2023

    • 著者名/発表者名
      Kento Shiota, Yu-ichiro Izato, Hiroki Matsunaga, Takafumi Kato, Atsumi Miyake
    • 学会等名
      International Conference on Chemical Thermodynamics 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Calculation of Thermodynamics Data for Reactions of Monomethyl Hydrazine and Dinitrogen Tetroxide in the Liquid Phase using Quantum Chemistry Calculations2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Omura, Yu-ichiro Izato, Atsumi Miyake
    • 学会等名
      International Conference on Chemical Thermodynamics 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Kinetic Analysis of Decomposition Reactions Occurring in A Traditional Japanese Senko-Hanabi Sparkler2023

    • 著者名/発表者名
      Yu-ichiro Izato, Chiho Tajima, Yukino Watanabe, Chihiro Inoue, Atsumi Miyake
    • 学会等名
      International Conference on Chemical Thermodynamics 2023
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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