Study of High-Frequency Combustion Instability of Rocket Engines Based on Off-Design Combustion Model

ロケットエンジン高周波振動燃焼について実験を行い、メカニズムの解明を進めた。これまでにOff-Designモデルに基づいた0.1ミリ秒から1ミリ秒の短秒時間での、燃焼圧力前の数倍の圧力上昇が、隣接する燃焼領域へ伝搬することを確認できていた。今年度は点火プラグの周期を130ミリ秒に延長し、1度の着火後に再度、強制着火を行わないようにして燃焼実験を行った。その結果、同一の燃焼領域で5回以上の繰返し燃焼がおきることを観察した。燃焼間隔は10ミリ秒程度と高周波振動燃焼としては長すぎるが、昨年度確認した火炎の空間伝搬により、ロケットエンジン燃焼器内の複数個所でこの異常燃焼がおきた場合、1ミリ秒以下の圧力振動が継続して生じることとなる。その場合、ロケットエンジンに過大な圧力と熱負荷がかかり、溶損することとなる。来年度の成果は、Off-Designモデルの妥当性を裏付ける結果となった。掃気時間により燃焼間隔が変動することを確認することができた。またOff-Design燃焼の起きる、燃焼器噴射面上の半閉鎖空間の外部からの着火による燃焼実験を行った。2連の燃焼室のうち一方では、最大圧力上昇が50％、20ミリ秒周期のsin波形圧力変動が測定された。これまでに観察されたことのなかった波形である。解析の結果、未燃混合気が振動した場合の周期とほぼ一致することが明らかとなった。Off-Designモデルのような半閉鎖空間での燃焼ではない場合には、半閉鎖空間での燃焼は1か所に留まり、隣接部では燃焼がおきず、また1ミリ秒以下の短時間での大きな圧力振幅を有する振動とはならないことが明らかとなった。

ロケットエンジン高周波振動燃焼について実験を行い、メカニズムの解明を進めた。これまでにOff-Designモデルに基づいた0.1ミリ秒から1ミリ秒の短秒時間での、燃焼圧力前の数倍の圧力上昇が、隣接する燃焼領域へ伝搬することを確認できていた。今年度は点火プラグの周期を130ミリ秒に延長し、1度の着火後に再度、強制着火を行わないようにして燃焼実験を行った。その結果、同一の燃焼領域で5回以上の繰返し燃焼がおきることを観察した。燃焼間隔は10ミリ秒程度と高周波振動燃焼としては長すぎるが、昨年度確認した火炎の空間伝搬により、ロケットエンジン燃焼器内の複数個所でこの異常燃焼がおきた場合、1ミリ秒以下の圧力振動が継続して生じることとなる。その場合、ロケットエンジンに過大な圧力と熱負荷がかかり、溶損することとなる。来年度の成果は、Off-Designモデルの妥当性を裏付ける結果となった。掃気時間により燃焼間隔が変動することを確認することができた。またOff-Design燃焼の起きる、燃焼器噴射面上の半閉鎖空間の外部からの着火による燃焼実験を行った。2連の燃焼室のうち一方では、最大圧力上昇が50％、20ミリ秒周期のsin波形圧力変動が測定された。これまでに観察されたことのなかった波形である。解析の結果、未燃混合気が振動した場合の周期とほぼ一致することが明らかとなった。Off-Designモデルのような半閉鎖空間での燃焼ではない場合には、半閉鎖空間での燃焼は1か所に留まり、隣接部では燃焼がおきず、また1ミリ秒以下の短時間での大きな圧力振幅を有する振動とはならないことが明らかとなった。