液体酸素を用いる端面燃焼式ハイブリッドロケットの実証研究

液氧端燃式混合火箭示范研究

基本信息

批准号：
22H00240
负责人：
永田晴紀
金额：
$ 27.04万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、革新的ハイブリッドロケット技術を利用して、非常停止が可能な大推力ロケットを実現することである。提案者が発案し、研究を進める「端面燃焼式ハイブリッドロケット」は軸方向に無数の微小ポートを有する円柱形固体燃料を使用し、各ポートに酸化剤を流して出口に火炎を定在させる。これにより固体燃料は燃焼室圧力に比例する速度で軸方向に燃え進む。液体酸素供給により40気圧程度で燃焼させることが出来れば、適切な燃料－酸化剤比が得られ、固体ロケットをも凌ぐ大推力ハイブリッドロケットが実現出来る。研究は「単ポート燃料の燃焼特性解明」、「ロケットモータの燃焼特性取得」、および「マルチポート燃料の造形最適化」から構成される。各項目の2022年度実績は以下の通りである。単ポート燃料の燃焼特性：端面燃焼式燃料の軸方向燃焼速度は各ポート出口に定在する火炎の移動速度で決まり、火炎の移動速度は単ポート燃料により計測可能である。今年度は光造形樹脂で作成した単ポート燃料試料を用いて燃焼実験を行い、大気圧から20気圧までの範囲で火炎移動速度を取得した。ロケットモータの燃焼特性：本サブテーマは2023年度から開始する計画であったが、ポートを複数設けた燃料による燃焼実験を先行的に行い、20気圧の条件で安定な燃焼を得た。マルチポート燃料の造形最適化：端面燃焼式燃料は「燃料断面に占めるポート総面積が3%以下」が必要で、先行研究では例えば内径0.3 mm のポートを2.5 mm ピッチで設けているが、O/F は上記ポート総断面積に強く依存するため、高精度な燃料造形が要求される。造形精度は照射エネルギーの分布に依存し、樹脂の収縮率を考慮した最適化が必要である。今年度は液体酸素用に採用した高靭性樹脂による造形を試行し、従来用いてきた樹脂と同様の造形が可能であることを確認した。

这项研究的目的是利用创新的混合火箭技术来实现能够紧急停止的高推力火箭。支持者提出的、目前正在研究的“端燃式混合火箭”使用圆柱形固体燃料，在轴向上有许多微小的端口，氧化剂流经每个端口，火焰在出口处静止。这导致固体燃料以与燃烧室压力成比例的速度沿轴向燃烧。如果通过供给液氧能够在40个大气压左右进行燃烧，就能获得合适的燃料与氧化剂的比例，就能实现超越固体火箭的高推力混合火箭。该研究包括“阐明单端口燃料的燃烧特性”、“获得火箭发动机的燃烧特性”和“优化多端口燃料的形状”。 2022 年各项目的结果如下。单口燃料的燃烧特性：端燃燃料的轴向燃烧速度由驻留在每个端口出口的火焰的移动速度决定，并且可以使用单口燃料测量火焰的移动速度。今年，我们使用立体光刻树脂制成的单端口燃料样品进行了燃烧实验，获得了从大气压到20个大气压范围内的火焰运动速度。火箭发动机的燃烧特性：该子主题原定于2023年开始，但我们提前使用多端口燃料进行了燃烧实验，并在20个大气压的条件下实现了稳定燃烧。优化多端口燃料的形状：边燃燃料要求总端口面积占燃料横截面的3%或更少，而在先前的研究中，例如内径为0.3毫米的端口被布置在节距为 2.5 mm，但 O/F 强烈依赖于上述总端口横截面积，因此需要高精度的燃料建模。建模精度取决于辐照能量的分布，并且需要考虑树脂的收缩率进行优化。今年，我们尝试使用用于液氧的高韧性树脂进行建模，并确认可以产生与传统树脂相同的结果。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fuel regression characteristics of axial-injection end-burning hybrid rockets using Nitrous Oxide

使用一氧化二氮的轴向喷射端燃混合火箭的燃料回归特性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mai. Fukada;Hiroki. Hayasaka;Sho. Suzuki;Landon. Kamps;Masashi. Wakita;Harunori. Nagata
通讯作者：
Harunori. Nagata

Demonstration of Axial-Injection End-Burning Hybrid Rocket using FDM 3D Printer

使用 FDM 3D 打印机演示轴向喷射端燃式混合火箭

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hirai Shota;Kamps Landon T.;Nobuhara Yuki;Nagata Harunori
通讯作者：
Nagata Harunori

Necessary Condition of Regression Mode in Axial-injection End-burning Hybrid Rockets

轴喷端燃混合火箭回归模型的必要条件

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mai Fukada;Sho Suzuki;Hiroki Hayasaka,　Hironobu Maebayashi;Seong Mungyu;Yownin Albert M. Leung. and Harunori Nagata
通讯作者：
Yownin Albert M. Leung. and Harunori Nagata

Fuel Regression Characteristics of Axial-Injection End-Burning Hybrid Rocket Using Nitrous Oxide

一氧化二氮轴喷端燃混合火箭燃料回归特性

DOI：
10.2514/1.b38318
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Propulsion and Power
影响因子：
1.9
作者：
Okuda Ryota;Komizu Kodai;Tsuji Ayumu;Miwa Takumi;Fukada Mai;Yokobori Shuichi;Soeda Kentaro;Kamps Landon;Nagata Harunori
通讯作者：
Nagata Harunori