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2013 年度 実績報告書

高周波数パルスデトネーション燃焼器をガスタービンエンジンに活かすための基礎工学

研究課題

研究課題/領域番号 23360379
研究機関広島大学

研究代表者

遠藤 琢磨  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00211780)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワードデトネーション / タービン / 溶射 / 高周波数 / パルス
研究概要

本課題では、以下の2つの目的を設定した。
1.ガスタービンエンジンの燃焼器としてパルスデトネーション(PD)燃焼器を活用するため、PD燃焼器によるタービン駆動実験を長時間連続して行い、実用化のための課題を明らかにし、その解決法を見出す。
2.タービン翼に保護皮膜を溶射するための熱源としてPD燃焼器を活用するため、高周波数PD燃焼器を熱源とした溶射プロセスを明らかにし、溶射条件を最適化する方法を確立する。
前者に対しては、長時間連続してガスを安定供給できるよう、燃料ガス(水素)の供給系にマスフローコントローラを増設し、また、自着火を防止するため燃焼器内面の過度な温度上昇を抑えつつ、かつ熱損失を減らして冷却機構を最適化するため、燃焼器の前半部分に水冷機構を、後半部分に空冷機構を設けた。これらを行った上で10分間以上の連続運転を行い、出力を測定した結果、自らのタービン圧縮機で圧縮した空気を使った自立運転を行うためには空気使用量の低減が不可欠であることが明らかとなった。空気使用量低減のため、空気を用いないパージ法である液滴パージ法を導入し、パージ用空気を全く使わずに20分間の連続運転に成功した。また、現行のシステムでは、タービン入口温度を下げるために二次空気を導入しているが、水滴導入によりこの二次空気も使わないで連続運転できるようになれば、自らのタービン圧縮機で圧縮した空気だけを使った自立運転が可能であることが明らかとなった。
後者に対しては、新たに開発した液滴パージ法をPD燃焼器に導入し、そのことによってエチレンと純酸素による燃焼を実現し、以前のガスパージ法のときに比べて溶射粉体(合金)の温度が500度以上上昇し、3000℃程度の粉体温度を実現した。また、この方法により高融点セラミックスであるカルシア安定化ジルコニアの溶射を試み、効率は低いものの、溶射可能であることがわかった。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] デトネーション伝播の基礎2013

    • 著者名/発表者名
      遠藤琢磨,須佐秋生
    • 雑誌名

      日本燃焼学会誌

      巻: 55 ページ: 317-328

  • [学会発表] パルスデトネーション溶射における粉体の加熱と加速2014

    • 著者名/発表者名
      田尻敏浩,横路尚人,宗岡聡史,尾林良太,木村圭佑,須佐秋生,城崎知至,遠藤琢磨,松岡健,花房龍男,大田耕平
    • 学会等名
      平成 25 年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      青山学院大学 相模原キャンパス
    • 年月日
      20140305-20140307
  • [学会発表] Liquid-Purge Method in High Frequency Valveless Pulse Detonation Engine2013

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, T. Mukai, and T. Endo
    • 学会等名
      24th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-02
  • [学会発表] Thermal Spray by Pulsed Detonations2013

    • 著者名/発表者名
      T. Endo
    • 学会等名
      2013 International Workshop on Detonation for Propulsion
    • 発表場所
      Tainan, Taiwan
    • 年月日
      20130726-28
  • [学会発表] Development of a High Frequency Pulse Detonation Combustor by a Liquid Purge Method2013

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, T. Mukai, and T. Endo
    • 学会等名
      2013 International Workshop on Detonation for Propulsion
    • 発表場所
      Tainan, Taiwan
    • 年月日
      20130726-28
  • [学会発表] パルスデトネーション溶射における粉体の加熱と加速2013

    • 著者名/発表者名
      横路尚人,半田吉紀,宗岡聡史,尾林良太,田尻敏浩,松岡建,須佐秋生,城崎知至,遠藤琢磨,花房龍男,大田耕平
    • 学会等名
      第45回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2013
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      20130704-20130705

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公開日: 2015-05-28  

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