Estimation of Burned-Gas Total Pressure using Reflective Shuttling Detonation Combustor

使用反射穿梭爆震燃烧室估算燃烧气体总压力

基本信息

批准号：
20H02349
负责人：
松岡健
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

極超音速燃焼波（デトネーション波）を用いた推進エンジンは、超高速燃焼による燃焼器の小型化、高い理論熱効率、衝撃波断熱圧縮による圧縮機簡素化を実現する、革新的推進エンジンである。現在までにデトネーション燃焼による圧力ゲイン（酸化剤全圧よりもデトネーションによって燃焼した既燃ガスの全圧が上回ること）は実験的に確認されていない。本研究の最終目的は、既燃ガス全圧を高精度に評価し、圧力ゲインを阻害するメカニズムを明らかにすることである。当該年度は、回転デトネーションエンジン（RDE）におけるデトネーション波マッハ数（圧力ゲインを支配するデトネーション波強さの指標）を調査した。外径60mmの二重円環形状の燃焼器を用い、燃料としてエチレン、酸化剤として酸素を使用した。デトネーション波が伝播するインジェクタ面（燃焼器底部）付近に高応答圧力センサをフラッシュマウントし、推進剤質量流束を変化させた。また、燃焼器出口側を高速度カメラで撮影し、回転伝播するデトネーション波の伝播速度を測定した。実験の結果、推進剤質量流束の増加に伴いデトネーション波伝播速度が微増した。しかしながら、デトネーション波通過前後の圧力差は低下した。また、逆流量の指標であるインジェクタ流体力学的閉塞率は減少した。この結果は、デトネーション波伝播速度が増加しても、デトネーション波マッハ数（伝播速度/混合気音速）が低下していることを示唆している。また、マッハ数減少の原因として、デトネーション波前面でのデフラグレーション燃焼が重要であることを示した（Noda et al., Acta Astronautica, 2023）。

使用高超音速燃烧波（爆炸波）的推进发动机是一种创新的推进发动机，通过超高速度燃烧，高理论热效率和通过冲击波绝热压缩来实现紧凑型燃烧器。迄今为止，尚未确认迄今为止爆炸燃烧引起的压力增加（爆炸燃烧的气体的总压力超过了氧化剂的总压）。这项研究的最终目的是以高精度评估燃烧气体的总压力，并阐明抑制压力增加的机制。在今年中，我们研究了旋转爆炸引擎（RDES）中的爆炸波马赫数（控制压力增长的爆炸波强度的指标）。使用具有60 mm外直径的双环燃烧器，将乙烯用作燃料和氧气用作氧化剂。高响应性压力传感器被齐平安装在喷射器表面（燃烧器的底部）附近，在那里爆炸波传播，并改变了推进剂质量通量。此外，使用高速摄像头来捕获燃烧器的插座侧，并可以旋转爆炸波的传播速度。该实验表明，随着推进剂质量通量的增加，爆炸波的传播速度略有增加。但是，通过爆炸波之前和之后的压力差减少。此外，注射器流体动力闭塞速率（是回流速率的指标）降低。该结果表明，即使爆炸波传播速度增加，爆炸波马赫数（传播速度/空气 - 熔化声音速度）也在降低。它还表明，爆炸波正面的碎片燃烧是马赫数减少的原因（Noda等，Acta Astronautica，2023年）。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

矩形反射往復型デトネーションエンジンの推進性能評価

矩形反射往复式爆震发动机推进性能评估

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Yamaguchi;T. Taguchi;K. Matsuoka;A. Kawasaki;J. Kasahara;H. Watanabe;A. Matsuo;田口知哉，松岡健，川崎央，渡部広吾輝，伊東山登，笠原次郎
通讯作者：
田口知哉，松岡健，川崎央，渡部広吾輝，伊東山登，笠原次郎

Investigation of combustion modes and pressure of reflective shuttling detonation combustor

反射式穿梭爆轰燃烧室燃烧方式及压力研究

DOI：
10.1016/j.proci.2020.07.064
发表时间：
2021
期刊：
Proceedings of the Combustion Institute
影响因子：
3.4
作者：
Yamaguchi Masato;Taguchi Tomoya;Matsuoka Ken;Kawasaki Akira;Kasahara Jiro;Watanabe Hiroaki;Matsuo Akiko
通讯作者：
Matsuo Akiko

Investigation of reflective shuttling detonation cycle by schlieren and chemiluminescence photography

通过纹影和化学发光摄影研究反射穿梭爆炸循环

DOI：
10.1016/j.combustflame.2021.111826
发表时间：
2022
期刊：
Combustion and Flame
影响因子：
4.4
作者：
Taguchi Tomoya;Yamaguchi Masato;Matsuoka Ken;Kawasaki Akira;Watanabe Hiroaki;Itouyama Noboru;Kasahara Jiro;Matsuo Akiko
通讯作者：
Matsuo Akiko

Impact of mixture mass flux on hydrodynamic blockage ratio and mach number of rotating detonation combustor

DOI：
10.1016/j.actaastro.2023.03.013
发表时间：
2023-03
期刊：
Acta Astronautica
影响因子：
3.5
作者：
Tomoyuki Noda;K. Matsuoka;Keisuke Goto;A. Kawasaki;H. Watanabe;N. Itouyama;J. Kasahara;A. Matsuo
通讯作者：
Tomoyuki Noda;K. Matsuoka;Keisuke Goto;A. Kawasaki;H. Watanabe;N. Itouyama;J. Kasahara;A. Matsuo

反射往復デトネーション現象に関する可視化実験

反射往返爆轰现象可视化实验