火星大気用ジェットエンジン燃料としてのMg及びAlの低圧下での着火・燃焼特性

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452100
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Technology
• Principal Investigator: 湯浅 三郎 都立科学技術大学, 工学部, 教授 (60123147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 登 都立科学技術大学, 工学部, 助手 (50099363) ; 磯田 浩 大妻女子大学, 情報学部, 教授 (80012186)
• Keywords: 惑星大気 / ジェットエンジン / 二酸化炭素 / 低圧 / 着火 / 燃焼 / アルミニウム / マグネシウム

Research Abstract

火星大気主成分の二酸化炭素を酸化剤・作動流体としマグネシウムMgやアルミニウムAlを燃料とする火星用ジェットエンジンの開発における、最も重用な技術的課題の一つである低圧二酸化炭素雰囲気下でのMgとAlの着火・燃焼の振舞いの解明を目的として本研究は進めている。
本研究の初年度に当たってまず始めに、低圧の二酸化炭素流中で着火・燃焼実験を遂行するのに必要な低圧二酸化炭素供給装置を製作し、既存の密閉型金属着火燃焼装置と組み合わせて低圧着火燃焼実験装置を完成させた。加えて、着火前後の高温の金属試料温度の測定を行うための二色温度計を導入した。今年度は、金属燃料の中で実験の遂行がより困難であると予想されたAlに対してその着火・燃焼実験を集中的に行ない、雰囲気圧力と速度を変化させたときの自発着火限界温度の測定及び着火・燃焼過程の観察を行ない以下の新たな知見を得た。
(1)二酸化炭素雰囲気の圧力が8KPaと低い場合でも、Alは着火・燃焼することが出来る。
(2)Al表面に初期酸化膜が形成されていないときのAlの自発着火限界温度は、酸化アルミニウムの融点よりも低く、二酸化炭素の雰囲気圧や二酸化炭素流速が低くなるにつれて低下する。
(3)Alの着火過程は二酸化炭素圧力や二酸化炭素流速が変わっても基本的には同じである、着火時には表面反応膜は形成されず気相で着火が起こる。着火/不着火の限界はAl表面に反応膜が形成されるか否かによって支配される。
(4)Alの二酸化炭素流中の燃焼過程は圧力によって変わらず、酸化アルミニウムと一酸化炭素とを形成するAl蒸気の拡散火炎を伴って燃焼する。

Research Products

• [Publications] S.Yuasa,et al.: "Ignition and Combustion of Aluminum in Carbon Dioxide Streams" 24th International Symposium on Combustion,The Combustion Institute. (1992)
• [Publications] 湯浅 三郎,他2名: "二酸化炭素,流中におけるアルミニウムの着火・燃焼に及ぼす雰囲気圧力の日" 第29回燃焼シンポジウム前刷集 日本燃焼学会. 298-300 (1991)