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2023 年度 実施状況報告書

高エネルギ一液スラスタのレーザ輻射加熱点火に関する学理探究と点火制御則の構築

研究課題

研究課題/領域番号 22K14421
研究機関名古屋大学

研究代表者

伊東山 登  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (50881215)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード高エネルギー物質 / 一液推進剤 / レーザ点火 / イオン液体 / 多孔質材 / 伝熱
研究実績の概要

共融溶媒系高エネルギ一液推進剤(ADN-EILPs)は,高エネルギ密度であるとともに高い取扱性が期待される一液推進剤である.その反面,ADN-EILPsは難着火性であり,スラスタ応用において点火に関する技術課題を抱えてきた.申請者は点火に関する研究を展開し,吸光材を用いたレーザ輻射加熱点火法の有効性を見出すに至った.しかし,当該スラスタ内での着火遅れは予想より長く,短縮化の方針を明確にする必要があった.本研究課題では,ADN-EILPsがスラスタ内で着火に至るまでの現象を時系列に沿って整理し,各現象の原理原則を様々な工学的視点から解明することで,当該スラスタの動作遅れに対する学理的制御則の構築を目指している.昨年度までの成果として,本試験環境における律速段階は,推進剤の被加熱・熱分解であろうことが予想されている.
今年度は昨年度課題であった,「点火遅れの再現性」「高精度な温度履歴の取得」に対しての検討を進めた.前者の課題については,化学・物理特性を基準とした新規吸光材の網羅的探索をすすめ,精度良く気孔度を調整可能な多孔質材を選出した.本点火系は輻射加熱式であり,伝熱に基づいた機構である.そこでLambert-beer則(輻射加熱)と軸対称2次元非定常熱伝導方程式(熱伝導)を連成した非反応性計算コードを構築し,吸光材変数が被加熱に与える影響を整理した.並行して,吸光材のレーザ加熱試験・推進剤点火試験を実施し,吸光材の被加熱特性と点火特性の相関を評価した.後者の課題について,極細熱電対での温度計測を試みたものの、熱電対が照射面に露出する場合,熱電対そのものが輻射加熱されるため測定が困難になる傾向が確認された.そこでデジタル一眼レフを用いた二色温度法を導入し,非接触式の温度計測系の構築を進めた.計測誤差の取得までには至っておらず,本件については次年度の課題として取り組む予定である.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度掲げた課題について概ね解決、解明できたため、【(2)概ね順調に進展している。】とした.

今後の研究の推進方策

温度計測の精度保証を行うとともに,点火試験における各種物理量の高精度計測を目指す.これにより,燃焼器内部で起こる一連の点火関連現象に対する体系的整理を行い,本研究課題の背景にある「予想より長い点火遅れ」の短縮化に資する,各種変数に対する設計関数の導出を目指す.

次年度使用額が生じた理由

今年度は、実験系のトラブルや計測系の再検討などにより執行計画に変更が生じた。次年度使用額については、当初計画に基づいた執行を行う予定である。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of Channel Expansion Angle near Injector Outlet on a Rotating Detonation Engine Performance2024

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima, K. Matsuoka, N. Itouyama, J. Kasahara, A. Kawasaki, A. Matsuo
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: accepted ページ: accepted

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combustion Structure of a Cylindrical Rotating Detonation Engine with Liquid Ethanol and Nitrous Oxide2024

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, K. Nakata, K. Ishihara, N. Itouyama, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Kawasaki, D. Nakata, H. Eguchi, M. Uchiumi, A. Matsuo, and I. Funaki
    • 雑誌名

      Combustion and Flame

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1016/j.combustflame.2024.113443

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Assessment of the sensitivity to detonation of the gaseous pyrolytic products formed during the thermal decomposition of ammonium dinitramide and its related ionic liquids2024

    • 著者名/発表者名
      N.Itouyama, X. Huang, R. Mevel, K. Matsuoka, J. Kasahara, and H. Habu
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1007/s00193-024-01160-x

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 超小型衛星を見据えた高エネルギーイオン液体推進系の研究開発2024

    • 著者名/発表者名
      松永浩貴, 伊東山登, 松本幸太郎, 塩田謙人, 伊里友一朗, 勝身俊之, 羽生宏人, 野田賢, 三宅淳巳,
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会令和5年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-23-005 ページ: 1-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高エネルギーイオン液体推進剤を適用した化学スラスタの開発2024

    • 著者名/発表者名
      松本幸太郎, 勝身俊之, 伊東山登, 松永浩貴, 羽生宏人
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会令和5年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-23-005 ページ: 5-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 画像処理に基づいた高粘性一液推進剤の微粒化現象の時空間分解2024

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 佐藤寛, 伊藤尚義, 勝身俊之, 松岡健, 笠原次郎
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会令和5年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-23-005 ページ: 9-12

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ADN系イオン液体の電圧印加型燃焼器を用いた燃焼試験2024

    • 著者名/発表者名
      大森稜介, 伊東山登, 塩田謙人, 伊里友一朗, 三宅淳巳
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 高エネルギー物質研究会令和5年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-23-005 ページ: 17-20

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental demonstration on detonation initiation by laser ignition and shock focusing in elliptical cavity,2023

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, K. Matsuoka, A. Kawasaki, N. Itouyama, H. Watanabe, and J. Kasahara
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: 33 ページ: 521-531

    • DOI

      10.1007/s00193-023-01151-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lagrangian dispersion and averaging behind two-dimensional gaseous detonation front2023

    • 著者名/発表者名
      H. Watanabe, A. Matsuo, A. Chinnayya, N. Itouyama, A. Kawasaki, K. Matsuoka, and J. Kasahara
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 968 ページ: A28

    • DOI

      10.1017/jfm.2023.535

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Screening of effective catalysts for the ignition of high energy ionic liquid propellants: Narrowing down of candidate catalysts and its investigation based on thermal analysis2023

    • 著者名/発表者名
      N. Itouyama, A. Wada, H. Matsunaga, J. Kasahara, and H. Habu
    • 雑誌名

      Science and Technology of Energetic Materials

      巻: 84 ページ: 33-39

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Overview for the research and development of Rotating Detonation Engine Systems using a liquid-liquid propellant combination2024

    • 著者名/発表者名
      N. Itouyama, K. Matsuyama, K. Matsuoka, T. Sato, K. Nakata, S. Sawada, Y. Kudo, K. Nakajima, Y. Suzuki, J. Kasahara, A. Kawasaki, M. Namera, D. Nakata, H. Eguchi, M. Uchiumi, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      AIAA SciTech 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] 可燃性固体内壁を有する単円筒回転デトネーションエンジンの作動特性2024

    • 著者名/発表者名
      西田響喜, 伊東山登, 中田耕太郎, 川?忠?, 松岡健, 笠原次郎
    • 学会等名
      2023年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] 高エネルギーイオン液体を推進剤とする小型スラスタの宇宙実証2024

    • 著者名/発表者名
      松本幸太郎,伊東山登, 松永浩貴, 勝身俊之, 塩田謙人, 伊里友一朗, 羽生宏人
    • 学会等名
      第6回観測ロケットシンポジウム
  • [学会発表] 電気浸透流ポンプの圧力-流量特性評価およびスラスタへの応用検討2024

    • 著者名/発表者名
      長谷川凌大, 鈴木大登, 伊東山登, 川?忠?, 内田圭亮, 松岡健, 笠原次郎
    • 学会等名
      令和5年度宇宙輸送シンポジウム
  • [学会発表] Steady Detonation in Gaseous Pyrolysis Products of Ammonium Dinitramide and its related Ionic Liquids2023

    • 著者名/発表者名
      N. Itouyama, J. Kasahara, X. Huang, R. Mevel
    • 学会等名
      29th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] The challenge of in-space demonstration of a cylindrical rotating detonation using liquid propellants by a sounding rocket S-520 launching,2023

    • 著者名/発表者名
      N. Itouyama, K. Ishihara, T. Sato, K Nakata, K. Nakajima, K. Matsuyama, K. Matsuoka, A Kawasaki, J Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki, H. Eguchi, D. Nakata, M. Uchiumi
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Flash Atomization Characteristics of HAN-based Green Propellants Using High Saturation Pressure Additive2023

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, K. Hayata, D Kamatsuchi, K. Kawabata, J. Nigorikawa, T. Katsumi, N. Itouyama, J. Kasahara, S. Kadowaki
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Ignition of Energetic Ionic Liquids using Electrolysis Ignition Thruster2023

    • 著者名/発表者名
      R. Omori, N. Itouyama, K. Shiota, Y. Izato, and A. Miyake
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] アンモニウムジニトラミド/ヒドラジド混合物の発熱挙動に及ぼす触媒の影響2023

    • 著者名/発表者名
      松永浩貴, 伊東山登, 羽生宏人, 野田賢, 三宅淳巳
    • 学会等名
      火薬学会2023年度秋季研究発表会
  • [学会発表] エネルギーイオン液体の電圧印加型燃焼器を用いた燃焼試験2023

    • 著者名/発表者名
      大森稜介, 伊東山登, 塩田謙人, 伊里友一朗, 三宅淳巳
    • 学会等名
      火薬学会2023年度秋季研究発表会
  • [学会発表] 金属触媒を用いた高エネルギイオン液体の熱分解促進に関する考察2023

    • 著者名/発表者名
      伊東山登, 松永浩貴, 和田明哲, 澤田悟, 松岡健, 笠原次郎, 羽生宏人
    • 学会等名
      火薬学会2023年度秋季研究発表会
  • [学会発表] 電気浸透流ポンプを用いた推力可変超小型一液式スラスタの実験研究2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木大登, 長谷川凌大, 伊東山登, 川?忠?, 松岡健, 笠原次郎
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
  • [学会発表] 触媒を添加したアンモニウム系高エネルギーイオン液体の分解ガス生成挙動2023

    • 著者名/発表者名
      松永浩貴, 伊東山登, 羽生宏人, 野田賢, 三宅淳巳
    • 学会等名
      火薬学会2023年度春季研究発表会
  • [学会発表] エネルギーイオン液体の電圧印加に伴う分解・着火現象に与える交流電圧の影響2023

    • 著者名/発表者名
      大森稜介, 久保田悠斗, 伊東山登, 塩田謙人, 伊里友一朗, 三宅淳巳
    • 学会等名
      火薬学会2023年度春季研究発表会
  • [学会発表] エネルギーイオン液体の電圧印加による着火メカニズムに与える水分の影響2023

    • 著者名/発表者名
      大森稜介, 田中菜月, 久保田悠斗, 伊東山登, 塩田謙人, 伊里友一朗, 三宅淳巳
    • 学会等名
      火薬学会2023年度春季研究発表会
  • [学会発表] SDGsの課題に対する火薬関連技術の検討2023

    • 著者名/発表者名
      吉野悟, 朝原誠, 伊東山登, 井上慶彦, 志田浩, 高橋良尭, 西脇洋佑, 藤?苧z次, 松本幸太郎, 毛利剛
    • 学会等名
      火薬学会2023年度春季研究発表会
  • [産業財産権] 回転デトネーションロケットエンジンおよびハイブリッドロケットシステム2024

    • 発明者名
      伊東山登
    • 権利者名
      伊東山登
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2024-026925

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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