2016 Fiscal Year Annual Research Report
円筒燃料内への軸及び接線方向酸化剤噴射が成す旋回乱流燃焼場の解明
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16H04594
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
嶋田 徹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (10332149)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ハイブリッドロケット / 旋回乱流燃焼 / CFD解析 / 流れの可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハイブリッドロケットの非定常燃焼流解析技術の確立を目指して、数値解析及び燃焼実験の２つのアプローチで研究を進めている。
数値解析については、複数の方法で、乱流燃焼場の解析用ソフトウェアを開発し、数種類の数値解析を実行した。酸化剤流旋回型ハイブリッドロケットにおける燃料後退速度の軸方向分布を実験値と比較することにより、それらの方法の妥当性を検証し、この種のハイブリッドロケットに対し妥当な解析を行えていることを確認した。
燃焼実験については、内部燃焼の可視化が可能な透明アクリル樹脂製の燃焼室兼燃料グレインを備えたハイブリッドロケット燃焼器を設計・製作し、気体酸素の軸方向と接線方向の流量比を変数として５水準の条件について、大気開放圧力条件で燃焼実験を行った。その際、高速度カメラ２基（軸方向と横方向）によって、フレームレート30000fpsでの可視光撮像を実施した結果、軸方向と接線方向の２系統噴射による旋回燃焼流や旋回する筋状の火炎の形成に加え、接線方向流量比の高まりとともに、筋状火炎本数が増加すると共に、軸方向となす角度が増大することや、燃料後退速度が大きくなることが確認されている。今後さらに詳細な画像解析を実施することで、酸化剤噴射と流れ場特性の関係を詳細に分析する予定である。
本研究の応用として、軸・接線２方向の酸化剤インジェクションの流量を独立に操作することによって、推力と酸燃比を同時に制御することを可能とするAltering-intensity Swirling-Oxidizer-Flow-Type (A-SOFT)ハイブリッドロケットに関して、その飛翔実証のためのミッション要求とシステム設計の内容を対外発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画の仕様から色々な検討を経て変更する必要が生じたものの、今年度予定していた燃焼実験と可視化実験を行うことができたこと及び、旋回乱流燃焼流の数値解析について３種の手法で取り組む中、２つについては初期結果が得られていること等から、おおむね順調に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値解析については、旋回乱流用の乱流モデルの検討を進め、よりフットワークの良い数値解析法を取り入れる。それによって、軸方向・接線方向のインジェクタ設計や燃焼器及びノズルの設計の効率化に資する数値解析技術の確立を目指す。
今年度取得した高速撮像データに対して、画像解析を実施することにより、筋状火炎の角度および形成位置の軸方向分布の取得を試みる。また、それらの時間的変化についても考察する。合わせて、画像解析により長手方向の2次元速度分布の取得も試みる。各条件に対してこれらのビックデータ解析を行い、軸方向と接線方向の流量比の変化に対する流れの状態の変化の知見を得る。
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Research Products
(5 results)
