航空宇宙機用タービン革新：デトネーション半径方向末広超音速タービンの物理解明

航空航天涡轮机创新：爆炸径向发散超音速涡轮机的物理解析

基本信息

批准号：
18KK0127
负责人：
笠原次郎
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-10-09 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者らの超小型デトネーション燃焼器による超音速ジェットを、米国研究者らが着想した超音速流ラジアルタービン（半径方向外向きに流れながら、流路は拡大し，速度は増加する）に吹き込むことで，極めて小型で高効率な航空宇宙用（超軽量・高効率）タービンが実現可能との見通しを得ている。しかしながら、そのような小型デトネーション燃焼器＋超音速流ラジアルタービンの物理機構は十分理解できていないない。そこで、本研究では、(1) 申請者らは小型デトネーション燃焼器を製作し、スロートなしの超音速ジェット生成メカニズムの解明を担当し、(2) 米国側は新規着想の超音速タービンの機構を解明し、流れ係数、段負荷ファクターなどタービン特性を求め、さらに、(3) 申請者らと米国側研究者で，米国側研究室にて装置を結合し、小型デトネーション燃焼器＋超音速流ラジアルタービンのシステム物理実証を行い、システムとしての物理特性を解明する。平成３０年度、令和元年度は、月１回の会議を開催しつつ日本側は小型デトネーション燃焼器の設計・製作を行い高い燃焼効率を達成した。米国側は、新規着想の超音速タービンの機構を設計し、供給部等を含め、可視化研究を実施した。さらに、２０１９年９月１９日、２０日の米国（Purdue大）での共同での実験実施に向けて独自インターフェイスの検討・設計・製作を行った。日本側では、予定された流量での燃焼試験（透明円筒管による可視化・軸方向の圧力分布計測等）を完全に完了し、AIAA Journalへ論文投稿中である。

将来自申请人的超紧凑爆震燃烧室的超音速射流注入超音速流径流式涡轮（径向向外流动，流路扩大，速度增加），这是美国研究人员设想的极小。高效航空航天（超轻型和高效）涡轮机将成为可能。然而，如此小的爆震燃烧室+超音速流径流涡轮的物理机制尚不完全清楚。因此，在这项研究中，（1）申请人将负责制造小型爆震燃烧室并阐明产生无喉部超音速射流的机理，（2）美方将开发一种新构思的超音速涡轮机构和。确定涡轮特性，例如流量系数和级负载系数，并进一步 (3)申请人和美国研究人员将结合美国实验室的设备，进行小型爆震燃烧室+超音速流径流式涡轮的系统物理演示，并阐明系统的物理特性。 2018财年和2019财年，日方设计制造了小型爆震燃烧器，在每月举行会议的同时实现了较高的燃烧效率。美方设计了新构想的超音速涡轮机构，并开展了包括供给部分在内的可视化研究。此外，我们研究、设计并制作了一个独特的界面，为2019年9月19日至20日在美国（普渡大学）的联合实验做准备。日本方面，已完全完成计划流量下的燃烧测试（使用透明圆柱管的可视化、轴向压力分布的测量等），正在向AIAA期刊提交论文。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

観測ロケットを用いたデトネーションエンジンの宇宙飛行実証（基調講演，デトネーション分野)

使用探空火箭进行爆震发动机的太空飞行演示（主题演讲、爆震场）

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tashima Tomoko;Kubota Takuji;Mega Tomoaki;Ushio Tomoo;Oki Riko;笠原次郎
通讯作者：
笠原次郎

Propulsive Performance of Rotating Detonation Engines in CH4/O2 and C2H4/O2 for Flight Experiment

飞行实验用旋转爆震发动机在 CH4/O2 和 C2H4/O2 中的推进性能

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Goto;A. Kawasaki;K. Matsuoka;J. Kasahara;A. Matsuo;D. Nakata;R. Yokoo;J. Kim;I. Funaki;M. Uchiumi
通讯作者：
M. Uchiumi

Rotating and Pulse Detonation Engines System Development for the Sounding Rocket S520-31 Space Flight Experiment

探空火箭S520-31太空飞行实验的旋转和脉冲爆震发动机系统开发

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
J. Kasahara
通讯作者：
J. Kasahara

推進システムエネルギー工学研究グループ

推进系统能源工程研究组

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Propulsion Performance of Inner-Cylinder-Less Rotating Detonation Engine

DOI：
10.2514/6.2019-1500
发表时间：
2019
期刊：
AIAA Scitech 2019 Forum
影响因子：
0
作者：
R. Yokoo;K. Goto;Juhoe Kim;A. Kawasaki;K. Matsuoka;J. Kasahara;A. Matsuo;I. Funaki
通讯作者：
R. Yokoo;K. Goto;Juhoe Kim;A. Kawasaki;K. Matsuoka;J. Kasahara;A. Matsuo;I. Funaki