2016 Fiscal Year Research-status Report
大規模詳細化学反応解析による自着火性液体推進薬の噴霧着火プロセスの解明
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26820379
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
谷 洋海 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80633784)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 自燃性推進剤 / 液滴燃焼 / 自着火 / 大規模詳細反応機構 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は宇宙機化学スラスタ内部で生じる推進剤噴霧流の自着火現象の解明であり、対象とした燃料と酸化剤は国内の人工衛星で使用されるヒドラジン系燃料と四酸化二窒素である。
本年度は気液界面追跡法(MARS法とLevel-Set法によるCLSVOF法)と詳細化学反応モデルを連成させた混相反応流数値解析コードを構築し、ヒドラジンおよび四酸化二窒素の液滴蒸発燃焼を数値解析した。それぞれの液滴は、二酸化窒素雰囲気とヒドラジン雰囲気に置かれた状態とした。
その結果、両液滴ともに蒸気と周囲ガスの混合により水素引き抜き反応により着火までの発熱が生じ、低温でも着火することが示された。また、ヒドラジン液滴はヒドラジン蒸気の発熱を伴う自己分解が生じるため、気液界面近傍に高温域が滞在し、蒸発が促進されることがわかった。従って、ヒドラジン液滴燃焼には従来の液滴燃焼モデルでは不十分である可能性が示唆された。一方、四酸化ニ窒素液滴の燃焼は従来の液滴燃焼モデルと同様の火炎構造を有することがわかった。この結果を、質点近似を用いた噴霧燃焼コードの液滴蒸発モデルに反映することで、ヒドラジン-四酸化ニ窒素の噴霧燃焼を解析する数値シミュレーション手法を構築することができた。また、界面追跡法を用いた反応流数値解析コードは自燃性推進剤に限らずロケットエンジンの液体酸素-水素ガスの同軸噴射燃焼にも適用可能であることを照明した。
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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
数値解析に関する研究は当初計画以上に進捗しほぼ完了した。ただし、検証実験に関して、毒性の高い流体を扱うため、国内設備で取得できる実験データのみでは不十分と判断した。そこで１年間延長し、Purdue大学及びMITにて研究を進めるように変更した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にて実験データを用いた数値解析手法の検証を完了する。
また、イスタンブールで開催予定だった国際学会がテロにより延期されたため、代替の国際学会に参加する予定である。
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| Causes of Carryover |
国内で実施予定であった検証試験の一部をキャンセルし、Purdue大学にて追加試験として実施することとしたため、その分の試験費用および旅費を次年度に回した。また、参加予定であったイスタンブールでの国際学会がテロの影響で延期され参加できなくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
Purdue大学での試験に必要な費用と旅費、また国際学会参加費として使用する予定である。
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