極低温マイクロジェット/トランスピレーション冷却による熱防護の革新

低温微射流/蒸腾冷却的热保护创新

基本信息

批准号：
21K18779
负责人：
杵淵紀世志
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では宇宙輸送機の完全再使用化に向け，極超音速飛翔や再突入の際に問題となる空力加熱に対し，軽量，高信頼性かつ再使用可能な冷却手法の実現を目的としている．そこで，従来の炭素系材料等の熱防護材に代えて，輸送機に推進剤として搭載される極低温液体を積極的に利用したマイクロ流路とトランスピレーションによる新たな機体冷却法を提案する．表面張力の卓越による蒸気膜成長や気泡停滞による熱伝達率の低下，気相部/液相部における流路設計の個別最適化が課題である．前者の課題は独自のマイクロジェット冷却を適用することで解決を図り，後者は従来の多孔質材ではなく積層造形により設計自由度を確保し流路設計の局所最適化を行う．本研究を通じ，液体窒素を利用した実験による原理実証と有効性の判定を最終目的としている．今年度は計画通り液体窒素が供給可能かつ供試体の冷却特性が取得可能な実験装置を製作し，初期の冷却性能データを取得し，従来手法に比して提案手法の冷却効率が優れていることを実証した．低沸点液体を用いた沸騰実験を追加実施し，前年度の水を用いた結果と比較検証を進めた．

本研究旨在实现一种轻质、高可靠、可重复使用的冷却方法，以解决高超音速飞行和重返大气层过程中的气动加热问题，以充分重复利用太空运输工具。因此，我们提出了一种使用微通道和平移的新型飞机冷却方法，而不是传统的热防护材料（例如碳基材料），该方法积极利用运输机中携带的低温液体作为推进剂。挑战包括由于表面张力的主导而导致的蒸汽膜的生长、由于气泡停滞而导致的传热系数的降低以及气相和液相中通道设计的单独优化。前一个问题是通过应用独特的微射流冷却方法来解决的，后者是通过使用增材制造而不是传统的多孔材料来实现的，以确保设计自由度和流路设计的局部优化。这项研究的最终目标是通过使用液氮的实验来证明其原理并确定该方法的有效性。今年，我们按照计划制作了一个可以供给液氮并获取试件冷却特性的实验装置，并获得了初始冷却性能数据，这表明该方法的冷却效率优于传统方法。被证明。我们使用低沸点液体进行了额外的沸腾实验，并将其与前一年使用水的结果进行了比较。