Fundamental Study on Cryogenic Fluid Management for the Design of Orbital Transfer Vehicles and Propellant Depot Systems

轨道传输飞行器和推进剂库系统设计中的低温流体管理基础研究

• 批准号: 21H04587
• 负责人: 姫野 武洋
• 金额: $ 27.12万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04587/
• 关键词: 極低温; 気液二相流; 液体ロケット; 推進薬マネジメント; 軌道間輸送; スロッシング; 管内沸騰; 液体水素; 極低温流体; 相変化; ロケット; 自由表面流; 水素

極低温スロッシング実験については、回転加振機による実験を継続し、液面揺動に伴う圧力変化データを取得した。液相温度分布をパラメーターとした試験を多数実施することにより、圧力降下に及ぼす因子を抽出した。大型液体水素タンク減圧実験については、昨年度に構築した遠隔監視システムも活用し、能代ロケット実験場の既設30立方メートルタンクを使用した減圧沸騰実験を実施した。沸騰二相流実験については、透明沸騰電熱管を用いた実験装置を拡張し、並列流路における分流特性の取得を行い、体積流量や気液質量流量比(クオリティ)に応じた管路圧損の変化を適切に取得した。併せて、管路圧損を予測できる縮退モデルの検討を進めた。自由表面流の数値解析については、減圧沸騰現象を適切に予測するために、凝縮モデルを導入した。これらを用いて、液中翼周りのキャビテーションの数値解析に着手し、シートキャビテーションやスーパーキャビテーションを呈する広範なキャビテーション数条件について、安定に計算が進行する手法を構築した。今後は、キャビテーションブレークダウンを定量的に予測できることを目指してモデルの改良を行う。

关于低温晃动实验，我们使用旋转振动器继续进行实验，并获得了与液位波动相关的压力变化的数据。通过使用液相线温度分布作为参数进行大量测试，我们提取了影响压降的因素。在大型液氢储罐减压实验方面，我们还利用了去年建成的远程监控系统，利用能代火箭试验场现有的30立方米储罐进行了减压沸腾实验。针对沸腾两相流实验，我们利用透明沸腾加热管扩展实验装置，获得平行流道中的分流特性，并根据体积流量和气液质量流量比研究管道压降（质量）。同时，我们研究了可以预测管道压力损失的简并模型。关于自由表面流的数值分析，引入了冷凝模型以正确预测真空沸腾现象。利用这些，我们开始对浸没叶片周围的空化进行数值分析，并开发了一种可以在广泛的空化数条件下进行稳定计算的方法，包括片状空化和超空化。未来，我们将改进模型，目标是能够定量预测空化破坏。

项目成果

Pressure recovery during pressure reduction experiment with large-scale liquid hydrogen tank

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.12.184
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: Kazuma Tani;T. Himeno;Yasunori Sakuma;Toshinori Watanabe;Hiroaki Kobayashi;Terukuni Toge;Syuntaro Unno;S. Kamiya;O. Muragishi;Katsuhiro Kanbe

NUMERICAL SIMULATION ON PRESSU PHENOMENON WITH LARGE-SCALE LIQUEFIED HYDROGEN TANK

大型液化氢罐加压现象的数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Himeno;T.
• 通讯作者: T.

Space Lander Descent Control System Design Considering Fuel Sloshing Under Microgravity

• DOI: 10.1109/cdc51059.2022.9992643
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: 2022 IEEE 61st Conference on Decision and Control (CDC)
• 作者: Yuji Tanaka;Mitsuhisa Baba;M. Otsuki;K. Fujita;T. Himeno;T. Maeda;Masaki Takahashi

サブグリッドでの気泡成長を考慮した界面捕獲法による単独翼キャビテーションの数値解析

考虑亚网格中气泡生长的界面捕获法单叶片空化数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Miyazaki;K. Makihara;岩崎瞭介，姫野武洋，伊藤優，渡辺紀徳，谷和磨
• 通讯作者: 岩崎瞭介，姫野武洋，伊藤優，渡辺紀徳，谷和磨

宇宙輸送システムに関わる推進薬マネジメント技術の開発支援

支持与空间运输系统相关的推进剂管理技术的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Issei Takeuchi;Toshiki Kaneda;Seiichiro Katsura;S. Miyazaki;姫野武洋
• 通讯作者: 姫野武洋