水推進機の多機能化に向けた水-金属粉体燃焼による1N級小型推進機の実験的研究

1N级小型推进器水-金属粉末燃烧向多功能水推进器的试验研究

基本信息

批准号：
22KJ0580
负责人：
室原昌弥
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は水-粉体金属による燃焼反応を利用し，大推力小型宇宙機用推進機の実現を目的としている．昨年度の水蒸気流れ場中での燃焼実験の結果は国際学会であるSmall Satellite Conferenceにて発表するとともに，論文としてまとめ投稿した．本論文は現在査読中である．今年度の研究の推進方策では「流れ中での粉体挙動の解明」に焦点を当てることとしていた．本件に関して，今年度はおおむね順調な進捗を得ている．2022年中に粉体供給装置を構築し，担体ガスと粉体金属の質量／体積流量比を明らかにした．加えて，数値計算によるシミュレーションを行い，燃焼室へ供給された担体ガスおよび粉体金属の挙動を明らかにした．これらの結果により，燃焼室中への粉体供給方法は燃焼に寄与する粉体金属質量分率に大きく影響し，ひいては燃焼圧力や燃焼効率を大きく左右することが分かった．供給方法や燃焼室内部粉体挙動を制御することで推進性能の向上が可能であることが明らかになった．さらに研究代表者および受入研究者の尽力によりチューリッヒ応用科学大学との共同研究を発足させた．この共同研究により，一層の進捗が期待される．学会での質疑応答や論文査読者とのやりとりを踏まえ，今年度は実機製作を見据えた1L以下の小型燃焼室による燃焼実験の実験系を構築し初期作動を行った．この初期作動により，イグナイタ位置が燃焼圧力に大きな影響を及ぼすことが明らかになった．将来的な実機設計の大きな手掛かりを得た．

本研究旨在利用水粉金属燃烧反应实现小型航天器的高推力推进装置。去年的水蒸气流场燃烧实验结果在国际学术会议小卫星会议上发表，并以论文形式提交。该论文目前正在接受同行评审。今年的研究推广政策的重点是“阐明粉末的流动行为”。关于这个问题，我们本财年总体上取得了良好进展。 2022年建成供粉装置，明确载气和粉末金属的质量/体积流量比。此外，还进行了数值模拟，以阐明供应到燃烧室的载气和粉末金属的行为。这些结果表明，向燃烧室供给粉末的方式对有助于燃烧的粉末金属质量分数有很大影响，进而对燃烧压力和燃烧效率有很大影响。很明显，可以通过控制燃烧室内的供给方式和粉末行为来提高推进性能。此外，在首席研究员和主持研究人员的努力下，我们与苏黎世应用科学大学启动了联合研究项目。预计通过这项联合研究将取得进一步进展。根据学术会议上的问答以及与论文审稿人的互动，本财年我们构建了一个使用1L以下的小型燃烧室进行燃烧实验的实验系统，着眼于实机生产，并进行了初步操作。该初始操作表明点火器位置对燃烧压力有显着影响。我们为未来的实际机器设计获得了重要线索。