2018 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 / 燃焼振動予測 / CFD解析 / 燃料後退速度計測 / 可視化燃焼実験 / 宇宙旅行 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハイブリッドロケットモータの流動と燃焼の時間的安定性特性を評価するための数学モデルおよび評価のためのプログラムを作成した。モデルは、１）流れ場シミュレーションのためのオイラー方程式を使用した準一次元気体力学モデル、２）化学平衡を用いた化学モデル、３）火炎から固体燃料への熱伝達に関する非定常熱フィードバックモデル、４）固体燃料内部の一次元熱伝導モデルからなる。非定常熱フィードバックに時間遅れ考慮することにより、燃焼・流動系の全モードを励起するとともに、適切なモデルパラメータの値を選定することによって、実験における非線形リミットサイクル振動の振幅を予測することが可能であることを示した。
平成28年度に実施した燃焼試験で用いた機材を修正し、酸化剤として液体酸素を噴射器上流における熱交換器を通じて気化して旋回噴射した。燃料後退速度や燃焼状況が変化する様子を可視化実験によって収録し、昨年度より検討してきた輝炎の流速に基づいて燃料後退速度の関係式を導くことに成功した。また、事前気化の温度によって変化する燃焼の様子や燃料後退速の特性が把握できた。
昨年度作成したWAX燃料を充填するための装置を用いて燃料グレインを成形する製造手順を確立した。
酸化剤の軸及び接線噴射量を操ることでハイブリッドロケットの推力とO/F比をフィードバック制御するための制御則を作成した。
レジリエントな宇宙旅行に適するハイブリッドロケットシステムについて検討した。
これらの成果をハイブリッドロケットシンポジウム,ICFD,宇宙科学連合講演会において発表した。
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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
レジスタ型燃料後退速度センサーの実験のためのWAX燃料製造手法が確立したこと、簡易なCFDで特性を静的及び非定常の燃焼特性を評価するための手法が確立したこと、A-SOFT方式の制御のための制御則を導いたこと、液体酸素を事前気化した燃焼試験を開始したことなど、当初の計画に沿って概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ミラノ工科大学のレジスタ型燃料後退速度センサーを組み込んだ燃焼実験を実施すること、A-SOFT方式の制御則を用いたシミュレーションを実施し成果をまとめることを推進する。
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