デトネーション推進の新展開:デトネーション共振機構と環状エンジンの研究

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360411
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 笠原 次郎 筑波大学, システム情報系, 准教授 (60312435)
• 研究分担者: 松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70276418) ; 亀田 敏弘 筑波大学, システム情報系, 准教授 (40302393)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: デトネーション / 航空宇宙工学 / 再使用型宇宙輸送機 / 熱工学 / 新エネルギー / 空気吸い込み式ジェットエンジン / ロケットエンジン / 発電用タービンエンジン

研究概要

本研究では、デトネーションエンジン機構(「環状デトネーションエンジン」及び「デトネーション共振機構」)を提案し、その物理機構を実験、数値解析によって確認・解明した。デトネーション共振機構に関しては、回転バルブ機構を用いて周波数依存性のない安定した推力生成に成功した。 デトネーション共振機構として160Hzの回転バルブを用いたエンジン作動においてPDEサイクルの完全可視化に成功し閉管端近傍でのデトネーション遷移過程を詳細に解明した。比推力232秒、推力71Nを達成した。矩形断面曲管内を伝播するデトネーション波の可視化実験によって、環状デトネーションエンジンの安定作動条件を実験的に解明した。環状デトネーションエンジン内のデトネーション波面形状とセルサイズとの同時観測を実現するMSOP(Multi-frame Short-time Open-shutter Photography)法の開発に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Comprehensive Visualization of Detonation-Diffraction Structures and Sizes in Unstable and Stable Mixtures (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagura, J. Kasahara, Y. Sugiyama, and A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol. 34 ページ: 1949-1956
  • 査読あり
• [雑誌論文] Front shock behavior of stable curved detonation waves in rectangular-cross-section curved channels (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol. 34 ページ: 1939-1947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initiation and Sustaining Mechanisms of Stabilized Oblique Detonation Waves around Projectiles (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, S. Sumiya, J. Kasahara, and A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol. 34 ページ: 1973-1980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization Study of Ignition Modes Behind Bifurcated-Reflected Shock Waves (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yamashita, J. Kasahara, Y. Sugiyama, and A. Matsuo
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: Vol. 159, No. 9 ページ: 2954-2966
  • 査読あり
• [雑誌論文] Propagation of Curved Detonation Waves Stabilized in Annular Channels (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, T. Moriya, J. Kasahara, A. Matsuo, Y. Sasamoto, and I. Funaki
  • 雑誌名: Transaction of JSASS Aerospace Technology Japan 巻: 10, ists28 ページ: 7-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Investigation of a Multi-Cycle Single Tube Pulse Detonation Rocket Engine with a Coaxial Rotary Valve (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuoka, M. Esumi, K. B. Ikeguchi, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 雑誌名: Transaction of JSASS Aerospace Technology Japan 巻: 10, ists28 ページ: Te_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unsteady Propagation Process of Oblique Detonation Waves Initiated by Hypersonic Projectiles (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 雑誌名: Transaction of JSASS Aerospace Technology Japan 巻: 10, ists28 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and Thrust Measurement of a Pulse Detonation Combustor with a Coaxial Rotary Valve (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuoka, M. Esumi, K. B. Ikeguchi, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: Vol. 159, No. 3 ページ: 1321-1338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oblique Detonation Wave Stability Around a Spherical Projectile by a High Time Resolution OpticalObservation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, J. Kasahara, and A. Matsuo
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: Vol. 159, No. 2 ページ: 887-896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stable Detonation Wave Propagation in Rectangular-Cross-Section Curved Channels (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, T. Moriya, J. Kasahara, A. Matsuo, Y. Sasamoto, and I. Funaki
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: Vol. 159, No. 2 ページ: 859-869
  • 査読あり
• [雑誌論文] 爆轟管同軸回転バルブを用いたパルスデトネーションエンジンの性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中道達也,松岡健,笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸
  • 雑誌名: 航空宇宙技術 巻: Vol. 10 ページ: 107-112
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Influence of Heat Transfer and Friction on the Impulse of a Detonation Tube (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kawane, S. Shimada,J. Kasahara, and A. Matsuo
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: Vol. 158, No. 10 ページ: 2023-2036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inflow-Driven Valve System for Pulse Detonation Engines (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuoka, J. Yageta, T. Nakamichi, J. Kasahara, T. Yajima, T. Kojima
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: Vol. 27, No.3 ページ: 597-607
  • 査読あり
• [雑誌論文] ized in Rectangular-Cross-Section Bent Tubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kudo, Y. Nagura, J. Kasahara, Y. Sasamoto, A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol.33 ページ: 2319-2326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of the Non-Steady State Oblique Detonation Wave Phenomena around Hypersonic Spherical Projectile (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, R. Inada, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol. 33 ページ: 2343-2349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combustion Wave Propagation and Detonation Initiation in the Vicinity of Closed-Tube End Walls (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Yageta, S. Shimada, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: Vol. 33 ページ: 2303-2310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Propagation Characteristics of Shock Waves Driven by Gaseous Detonation Waves (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, S. Hashimoto, A. Uemichi, J.Kasahara, A. Matsuo
  • 雑誌名: Shock Waves 巻: Vol. 20, No.6 ページ: 479-489
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis on Thermal Efficiency of Non-Compressor Type Pulse Detonation Turbine Engine (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, J. Kasahara, A. Matsuo, T. Endo
  • 雑誌名: Transaction of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 巻: Vol.53, No.181 ページ: 192-206
  • 査読あり
• [学会発表] Multitube-Rotary-Valved Pulse Detoanation Rocket Engine for Flight Test (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Kasahara, K. Matsuoka, S. Sakamoto, K. B. Ikeguchi, T. Sakumi, T. Morozumi, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: International Workshop on Detonation for Propulsion 2012
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20120903-05
• [学会発表] Propagation of Self-sustaining Curved Detonation Waves in Annular Channels with a Rectangular Cross-section (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: International Workshop on Detonation for Propulsion 2012
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20120903-05
• [学会発表] Thrust Measurement of a Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket Engine with a Coaxial High Frequency Rotary Valve (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Kasahara, K. Matsuoka, R. Sakamoto, K. Ikeguchi, T. Sakumi, T. Morozumi, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: 8th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations
  • 発表場所: Budva, Montenegro
  • 年月日: 20120610-16
• [学会発表] Thrust Measurement of a Multi-Cylinder Pulse Detonation Rocket Engine with a Coaxial High Frequency Rotary Valve (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Sakamoto, K. Matsuoka, K. Ikeguchi, T. Sakumi, T. Morozumi, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: The Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2012, AJCPP2012-080
  • 発表場所: Xi'an, China
  • 年月日: 20120301-04
• [学会発表] Front Shock Behavior of Stable Detonation Waves Propagating Through Rectangular Cross-Section Curved Channels, AIAA 2012-0618 (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, T. Moriya, J. Kasahara, A. Matsuo,and I. Funaki
  • 学会等名: 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA
  • 発表場所: Nashville, USA
  • 年月日: 20120109-12
• [学会発表] Thrust Measurement and Visualization Experiment of a Multi-Cycle Single-Tube Pulse Detonation Rocket Engine with a Coaxial Rotary Valve (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuoka, M. Esumi, K. Ikeguchi, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA 2011-5789
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20110731-0803
• [学会発表] Visualization of the Initiation and Stabilization Process of an Oblique Detonation Wave Around a Projectile (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 学会等名: 23^<rd> International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 発表場所: Irvine, USA
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] Visualization Study of Detonation Initiations Behind Reflected Shock Waves Using a High Speed Video Camera (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yamashita, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 学会等名: 23^<rd> International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 発表場所: Irvine, USA.
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] Study on Detonation Waves Propagating through Curved Channels (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, T. Moriya, J. Kasahara, A. Matsuo, Y. Sasamoto and I. Funaki
  • 学会等名: 23^<rd> International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 発表場所: Irvine, USA.
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] Drag Coefficients of Hypervelocity Spherical Projectile Initiating Oblique Detonation Wave (2011)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Choi, S. Maeda, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 学会等名: 23^<rd> International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
  • 発表場所: Drag Coefficients of Hypervelocity Spherical Projectile Initiating Oblique Detonation Wave
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] The Stabilized Oblique Detonation Wave and Unsteady Wave Structure Around Hyper-Velocity Spherical Projectile (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, R. Inada, J. Kasahara, A.Matsuo, I. Funaki
  • 学会等名: AIAA 2011-0505, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition
  • 発表場所: Orlando, Florida, USA
  • 年月日: 20110104-07
• [学会発表] Effect of DDT Process on Impulse of Diaphragm-less Pulse Detonation Tube (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Takeuchi, N. Doi, J. Kasahara, A.Matsuo
  • 学会等名: 8^<th> Asia-Pacific Conference on Combustion
  • 発表場所: Hyderabad, India
  • 年月日: 20101210-13
• [学会発表] Detonation Wave Diffraction in the Vicinity of Corners (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagura, S. Maeda, Y. Kudo, J. Kasahara, A. Matsuo
  • 学会等名: 8^<th> International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 20100905-09
• [学会発表] Numerical analysis of detonation waves structure in bend tube (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sasamoto, A. Matsuo, J. Kasahara
  • 学会等名: 8^<th> International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 20100905-09
• [学会発表] Multi-Frame Visualization Analysis of Two-Dimensional Detonation Wave Diffraction and Re-initiation (Work-in Progress Poster) (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagura, Y. Kudo, J. Kasahara, A.Matsuo
  • 学会等名: 33^<th> International Symposiumon Combustion
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20100801-06
• [学会発表] Study on Valve Systems for Pulse Detonation Engines (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuoka, M. Esumi, J. Yageta, T. Nakamichi, J. Kasahara, S. Ogawa, T. Yajima, T. Kojima
  • 学会等名: 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA 2010-6672
  • 発表場所: Nashville, Tennessee, USA
  • 年月日: 20100725-28
• [図書] デトネーションの熱流体力学1基礎編,実験計測技術,パルスデトネーション(PDE)の実験・計測技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 笠原次郎,他(共著),デトネーション研究会編(編集幹事を担当)
  • 総ページ数: 173-193, 249-266
  • 出版者: 理工図書