Research on the high performance hybrid rocket fuel based on the gaseous species concentration measurement and the reaction mechanism analysis at high heating rate

基于气态物质浓度测量及高升温速率反应机理分析的高性能混合火箭燃料研究

基本信息

批准号：
21H01537
负责人：
堀恵一
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は①ハイブリッドロケット燃料後退速度向上、②高加熱速度下での熱分解分析技術開発、③熱分解機構モデル化を三骨子としている。①昨年度は燃焼中のEG添加LT燃料表面の観察を実施した。その結果、EGが燃料表面で膨張し赤熱している様子を観察した．高熱伝導率を有するEGが火炎からLT燃料表面への熱伝達量を増加させ，燃料の溶融・ガス化を促進し燃料後退速度が向上したと考える．また低酸化剤質量流束域での燃料後退速度の顕著な向上が確認された．これは赤熱化EGによるLT燃料表面への輻射熱伝達量増加効果によると考える．さらに，O/Fが3以上の領域において，EG無添加LT460と比較し7%の特性排気速度が向上したことも確認した。②大気圧環境下におけるスキマーＩＦ接続型Py-IA/MS装置を用いた熱分解ガス計測を実施した。分析手法を確立させるため考察が容易なポリスチレンとパラフィンオイルを対象とした。結果、キャピラリー接続方式による先行研究と同等の検出感度で熱分解ガス計測が達成できた他，接続方式に由来する特徴的傾向が得られた。さらに高圧下での観察を可能にすべく、加熱部品は従来品を使用しつつ容器を加圧できるよう設計を進めた。高圧の加熱炉と大気圧のスキマーIF先端部の境界部に板厚変更可能な金属オリフィス板を設置することで，加熱炉内の圧力の調整を可能にした。概念設計は完了と判断している。③初年度に構築したLT燃料熱分解モデルで燃焼阻害因子と特定したエチレンに着目し、含酸素化合物の添加によりエチレンの熱分解生成量を低減させ燃料後退速度の改善を図った。実験結果から含酸素化合物添加剤により熱分解におけるエチレン生成量が減少することが分かり、燃料後退速度の改善が見込まれた。

这项研究的重点是1）提高混合火箭燃料的缩回速度，2）以高加热速率开发热解分析技术，以及3）建模热解机制。 1）去年，我们在燃烧过程中观察到了EG添加的LT燃料的表面。结果，我们观察到EG在燃料的表面上膨胀，并且是红色的。据信，具有较高导热率的EG增加了从火焰到LT燃料表面的热传递量，从而促进了燃料的熔化和气化，从而提高了燃料回收速率。此外，确认了低氧化剂质量通量区域的燃料回收率显着提高。这被认为是由于将辐射传热量增加到红色加热时的辐射传热量的影响。此外，与无E/F为3或更高的区域相比，与无EG的LT460相比，特征排气速度提高了7％。 2）在大气压力环境下使用撇渣器IF-II-IA/MS设备进行热解气体测量。靶标是聚苯乙烯和石蜡油，很容易考虑，以建立一种分析方法。结果，使用毛细管连接方法可与先前的研究相当的检测灵敏度实现了热解气体测量，并获得了从连接方法得出的特征趋势。此外，为了在高压下进行观察，进行了加热零件的设计，以便在使用常规产品时可以加压容器。通过安装可以在高压加热炉和大气撇渣器尖端之间在边界上进行更改的金属孔板，如果加热炉内的压力可以调节。概念设计被认为是完整的。 ③专注于乙烯，该乙烯被确定为第一年构建的LT燃料热解模型中的燃烧抑制剂，我们减少了通过添加氧化化合物和提高燃油延迟速度产生的乙烯热解的量。实验结果表明，含氧化合物添加剂降低了热解过程中产生的乙烯量，并且预计燃油撤退速率将得到提高。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ハイブリッドロケット燃料用低融点熱可塑性樹脂/含酸素添加剤の熱分解生成ガス分析

混合火箭燃料用低熔点热塑性树脂/含氧添加剂热解产生的气体分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tsukamoto Ryota;Senba Atsuhiko;Ikeda Tadashige;Tamayama Masato;Arizono Hitoshi;Katori Hiroaki;横堀　慎一;古舘恵太，岡田哲男，川村恭己，早川銀河;野口新生・谷本悠太朗・遠藤新;藤田道也，坂野文菜，和田豊，三島有二，加藤信治，堀恵一，戸野倉賢一
通讯作者：
藤田道也，坂野文菜，和田豊，三島有二，加藤信治，堀恵一，戸野倉賢一

試料観察TGとEGA-IA/MSによるロケット燃料用多成分系熱可塑性樹脂の相変化反応の解析

使用样品观察 TG 和 EGA-IA/MS 分析火箭燃料用多组分热塑性树脂的相变反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡村拓歩;前田義明;佐藤徹;下島公紀;中野沙紀・木元勇武・遠藤新;リジャルH.B.，岡本祥拓，Khadka S.，天野克則，齋藤輝幸，宇野朋子，源城かほり，中谷岳史，西名大作，森太郎;坂野文菜，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一
通讯作者：
坂野文菜，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一

ハイブリッドロケットに用いる低融点熱可塑性樹脂燃料の燃焼機構に関する研究

混合火箭用低熔点热塑性树脂燃料燃烧机理研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kogiso Nozomu;Konishi Kento;坂野文菜，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一，長瀬亮
通讯作者：
坂野文菜，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一，長瀬亮

ロケット燃料の燃焼反応プロセス解明に向けた瞬間熱分解生成物の計測手法の研究

瞬时热解产物测量方法研究，阐明火箭燃料燃烧反应过程

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Khadka S.;Rijal H.B.;Amano K.;Saito T.;Uno T.;Genjo K.;Nakaya T.;Nishina D. & Mori T.;坂野文菜，小松健，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一
通讯作者：
坂野文菜，小松健，和田豊，三島有二，津越敬寿，加藤信治，堀恵一

ハイブリッドロケット燃料用低融点熱可塑性樹脂材料の熱分解ガスクロマトグラフィー質量分析

混合火箭燃料用低熔点热塑性树脂材料的热解气相色谱质谱法