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2015 年度 実績報告書

MHz級デトネーションエンジンの物理機構解明:バルブ共振型と回転爆轟波型エンジン

研究課題

研究課題/領域番号 24246137
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(系)研究科(研究院), 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)
船木 一幸  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 准教授 (50311171)
西岡 牧人  筑波大学, システム情報工学研究科(系), 教授 (70208148)
榊田 創  国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (90357088)
前田 慎市  埼玉大学, 学内共同利用施設等, 助教 (60709319)
松岡 健  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40710067)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード航空宇宙工学 / 推進・エンジン / デトネーション
研究実績の概要

回転デトネーションエンジンの推力に関して、定量的な実験計測を行った。スロート付きRDEを用いて、最大推力400N、大気背圧下で比推力200秒を達成している。また、燃焼圧を計測し、燃焼器の特性排気速度効率95%以上を達成した。また、これらの作動に関するデトネーション波の安定生成条件に関しても、セルサイズを用いた整理を行い、安定作動限界に関して定量的な予測モデルを構築した。また、デトネーション波の生成、消滅に関して、高速度カメラ情報からストリーク画像を構成・分析することで、そのプロセスを解明した。
二平面型RDEにて、デトネーション波によるプレッシャーゲイン燃焼を達成した。また、二平面型RDEでは、前方に衝撃波が傾斜した新しいデトネーション波を発見した。また、2次元数値解析にて、インジェクターを含む回転デトネーションエンジン内の流れを解析し、デトネーション波の速度が、インジェクター形状や、既燃ガスによって、どのよう影響するのか、そのメカニズムを解明した。
滑走試験型RDEを製作し、世界初のRDE滑走試験(燃焼時間2.0秒、推力201N、Isp144秒)に成功した。また、壁面への熱流束が10±2MW/m2であることを、この試験で確認した。
以上のように、本研究では、回転デトネーションエンジンが、短距離・短時間にて燃焼を完結させる燃焼器であることを、実験・数値的に解明し、また、エンジン設計に必要な基礎物理モデルを構築することができた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (44件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 8件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 15件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] California Institute of Technology(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      California Institute of Technology
  • [雑誌論文] Experimental Study of the Structure of Forward-Tilting Rotating Detonation Waves and Highly Maintained Combustion Chamber Pressure in a Two-Parallel-Plane Combustor2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakagami, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 36 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Investigation of Fluid Motion in Valveless Pulse Detonation Combustor with High-Frequency Operation2017

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, K. Muto, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo, T. Endo
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 36 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigation on Velocity Deficit of Detonation Wave in RDE Chamber2017

    • 著者名/発表者名
      J. Fujii, Y. Kumazawa, A. Matsuo, S. Nakagami, J. Kasahara
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 36 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of High-Frequency Pulse Detonation Combustor without Purging Material2016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, K. Muto, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo and T. Endo
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: 32 ページ: 未定

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Flight Validation of a Rotary-Valved Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket2016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, T. Morozumi, S. Takagi, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: 32 ページ: 383-391.

    • DOI

      10.2514/1.B35739

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bending and turbulent enhancement phenomena of neutral gas flow containing an atmospheric pressure plasma by applying external electric fields measured by schlieren optical method2016

    • 著者名/発表者名
      H. Yamada, Y. Yamagishi, H. Sakakita1, S. Tsunoda1, J. Kasahara, M. Fujiwara, S. Kato, H. Itagaki, J. Kim, S. Kiyama, Y. Fujiwara, Y. Ikehara, S. Ikehara, H. Nakanishi, and N. Shimizu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 01AB08

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.01AB08

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thrust Performance of Rotary-Valved Four-Cylinder Pulse Detonation Rocket Engine2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, R. Sakamoto, T. Morozumi, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 雑誌名

      Transaction of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences

      巻: 58 ページ: 193-203

    • DOI

      10.2322/tjsass.58.193

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Scale Effect of Spherical Projectiles for Stabilization of Oblique Detonation Waves2015

    • 著者名/発表者名
      S. Maeda, S. Sumiya, J. Kasahara, A. Matsuo
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: 25 ページ: 141-150

    • DOI

      10.1007/s00193-015-0549-4

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] デトネーションエンジンの研究開発とその現状について2016

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎,松岡健,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第47期年会講演会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2016-04-14 – 2016-04-15
  • [学会発表] Structure of Rotating Detonation Waves in a Two-Parallel-Plane Combustor with Orthogonally Mixing Injectors2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nakagami, K. Matsuoka, J. Kasahara, Y. Kumazawa, J. Fujii, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power
    • 発表場所
      Sunport Hall Takamatsu, Kagawa, Japan
    • 年月日
      2016-03-16 – 2016-03-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Flow Analysis of the Combustion Channel Flow of a Rotating Detonation Engine2016

    • 著者名/発表者名
      K. Ishihara, Y. Kato, K. Goto, K. Matsuoka, J. Kasahara, Y. Sato, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power
    • 発表場所
      Sunport Hall Takamatsu, Kagawa, Japan
    • 年月日
      2016-03-16 – 2016-03-19
    • 国際学会
  • [学会発表] スリット‐ホール直交噴射型インジェクタを有する回転デトネーションエンジンの推力性能に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      後藤啓介,加藤優一,石原一輝,松岡健,笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸,森合秀樹
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [学会発表] スリット型インジェクタを用いた平行二平面型回転デトネーションエンジンに関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      石山勢,宮崎晃治,中神壮馬,松岡健,笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [学会発表] ターボチャージャーを用いた回転デトネーションエンジンの自律作動システムに関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      宮崎晃治,石山勢,松岡健,笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [学会発表] 回転デトネーションエンジンの飛行実証に向けた研究開発2016

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎,松岡健,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      平成27年度 航空宇宙空力シンポジウム
    • 発表場所
      指宿
    • 年月日
      2016-01-22 – 2016-01-23
  • [学会発表] パルスデトネーション燃焼器に関する実験的研究2016

    • 著者名/発表者名
      松岡健,武藤浩平,笠原次郎、渡部広吾輝,松尾亜紀子, 遠藤琢磨
    • 学会等名
      平成27年度 航空宇宙空力シンポジウム
    • 発表場所
      指宿
    • 年月日
      2016-01-22 – 2016-01-23
  • [学会発表] 回転デトネーションエンジンの燃焼・ノズル推力特性に関する実験研究2016

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎、加藤優一、中神壮馬、後藤啓介、松岡健、松尾亜紀子、船木一幸
    • 学会等名
      平成27年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所
    • 年月日
      2016-01-14 – 2016-01-15
  • [学会発表] 回転デトネーションエンジンの冷却に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      石原一輝、加藤優一、後藤啓介、松岡健、笠原次郎、松尾亜紀子、船木一幸
    • 学会等名
      平成27年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所
    • 年月日
      2016-01-14 – 2016-01-15
  • [学会発表] Experimental Performance Evaluation of 3N-Class Pulse Detonation Thruster using Liquid Purge Method2016

    • 著者名/発表者名
      S. Takagi, K. Hosono, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      SciTech 2016, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of High-Frequency Pulse Detonation Combustor without Purging Material2016

    • 著者名/発表者名
      K. Muto, K. Matsuoka, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo, T. Endo
    • 学会等名
      SciTech 2016, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-08
    • 国際学会
  • [学会発表] One-Dimensional Numerical Investigation on Purging the Burned Gas by the Evaporation of Water Droplets in Pulse Detonation Combustor2016

    • 著者名/発表者名
      5.H. Watanabe, A. Matsuo, K. Muto, K. Matsuoka, J. Kasahara, T. Endo
    • 学会等名
      SciTech 2016, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Combustion Chamber Characteristic Length in Rotating Detonation Engine with Convergent-Divergent Nozzle2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, K. Ishihara, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      SciTech 2016, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-08
    • 国際学会
  • [学会発表] デトネーションエンジンの研究開発の現状と課題2015

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎
    • 学会等名
      平成27年度宇宙航行の力学シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所.
    • 年月日
      2015-12-10 – 2015-12-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 回転デトネーションエンジン燃焼室の特性排気速度及び熱流束の計測2015

    • 著者名/発表者名
      加藤優一,石原一輝,後藤啓介,松岡健,笠原次郎,松尾亜紀子,佐藤芳孝,船木一幸
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] 宇宙機の姿勢制御用3N級パルスデトネーションスラスターの動作特性に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      松岡健,高木駿介,細野恵介,笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] 遠心圧縮機軸流タービン付回転デトネーションエンジンの研究開発2015

    • 著者名/発表者名
      石山勢,宮崎晃治,Chadwick K.J. Harvey,Emanuel A. Chirayath,松岡健,笠原次郎,松尾 亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] 平行二平面型燃焼器内部を回転伝播するデトネーション波の構造の可視化研究2015

    • 著者名/発表者名
      中神壮馬,松岡健,笠原次郎,熊澤芳紀,松尾亜紀子,船木一幸
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] ノズルを付加した回転デトネーションエンジンの推力測定及び可視化実験2015

    • 著者名/発表者名
      石原一輝, 加藤優一, 後藤啓介, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸
    • 学会等名
      第59回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      かごしま県民交流センター
    • 年月日
      2015-10-07 – 2015-10-09
  • [学会発表] 分岐型デトネーション管推力を用いた一軸の姿勢制御システムの研究2015

    • 著者名/発表者名
      高木駿介, 浅井脩作, 細野恵介, 松岡健, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸
    • 学会等名
      第59回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      かごしま県民交流センター
    • 年月日
      2015-10-07 – 2015-10-09
  • [学会発表] 500-N Class Rotating Detonation Rocket Engine Experiments2015

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      IWDP2015
    • 発表場所
      Peking University
    • 年月日
      2015-08-26 – 2015-08-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Present Status for Pulse and Rotating Detonation Engine Researches2015

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of a liquidpurge method for valvelss pulse detonation combustor using liquid fuel and oxidizer2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuoka, K. Muto, J. Kasahara, H. Watanabe, A. Matsuo, T. Endo
    • 学会等名
      The 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • 国際学会
  • [学会発表] The effect of radius of curvature on the detonation propagating to the unconfined Space2015

    • 著者名/発表者名
      T. Hayashi, A. Matsuo, J. Kasahara
    • 学会等名
      The 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-dimensional simulation on detonation wave supported by the cylindrical inner wall injecting premixed gas2015

    • 著者名/発表者名
      J. Fujii, A. Matsuo, J. Kasahara
    • 学会等名
      The 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Thrust performance evaluation of a rotating detonation engine with a conical plug2015

    • 著者名/発表者名
      K. Ishihara, Y. Kato, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      The 25th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 500-N Class Rotating Detonation Rocket Engine Experiment and Sounding Rocket Flight Test Program2015

    • 著者名/発表者名
      J. Kasahara
    • 学会等名
      Special Session: Rocket Applications of PGC, AIAA Propulsion and Energy Forum
    • 発表場所
      Orlando US
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Schlieren-System-Visualization of Combustion Phenomena in a Two-Parallel-Plane Combustor2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nakagami, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, I. Funaki
    • 学会等名
      Propulsion and Energy 2015, 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference
    • 発表場所
      Orland, Florida, USA
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimentally Performance Evaluation of a Rotating Detonation Engine with a Conical-shape Nozzle2015

    • 著者名/発表者名
      K. Ishihara, Y. Kato, K. Matsuoka, J. Kasahara, A. Matsuo, and I. Funaki
    • 学会等名
      30th ISTS
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      2015-07-04 – 2015-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 燃料液滴パージ法によるパルスデトネーションエンジン燃焼器の高周波数作動2015

    • 著者名/発表者名
      松岡健,武藤浩平,笠原次郎,渡部広吾輝,松尾亜紀子,遠藤琢磨
    • 学会等名
      第47回流体力学講演会/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-07-02 – 2015-07-03
  • [学会発表] 平行2平面型燃焼器内部において回転伝播するデトネーション波の構造に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      中神壮馬,松岡健,笠原次郎,熊澤芳紀,松尾亜紀子
    • 学会等名
      第47回流体力学講演会/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-07-02 – 2015-07-03
  • [学会発表] デトネーションエンジンの研究開発とその現状2015

    • 著者名/発表者名
      笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸,松岡 健
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第46期年会講演会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-04-16 – 2015-04-17
  • [図書] 熱力学2015

    • 著者名/発表者名
      松村幸彦,遠藤琢磨,笠原次郎,他
    • 総ページ数
      40
    • 出版者
      朝倉書店
  • [産業財産権] 回転デトネーションエンジン2016

    • 発明者名
      4. 笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸,名出智彦,中村秀一,松岡健
    • 権利者名
      4. 笠原次郎,松尾亜紀子,船木一幸,名出智彦,中村秀一,松岡健
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-29768
    • 出願年月日
      2016-02-19

URL: 

公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-28  

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