Fundamental Study on Cryogenic Fluid Management for the Design of Orbital Transfer Vehicles and Propellant Depot Systems

轨道传输飞行器和推进剂库系统设计中的低温流体管理基础研究

• 批准号: 21H04587
• 负责人: 姫野 武洋
• 金额: $ 27.12万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04587/
• 关键词: 極低温; 気液二相流; 液体ロケット; 推進薬マネジメント; 軌道間輸送; スロッシング; 管内沸騰; 液体水素; 極低温流体; 相変化; ロケット; 自由表面流; 水素

極低温スロッシング実験については、回転加振機による実験を継続し、液面揺動に伴う圧力変化データを取得した。液相温度分布をパラメーターとした試験を多数実施することにより、圧力降下に及ぼす因子を抽出した。大型液体水素タンク減圧実験については、昨年度に構築した遠隔監視システムも活用し、能代ロケット実験場の既設30立方メートルタンクを使用した減圧沸騰実験を実施した。沸騰二相流実験については、透明沸騰電熱管を用いた実験装置を拡張し、並列流路における分流特性の取得を行い、体積流量や気液質量流量比(クオリティ)に応じた管路圧損の変化を適切に取得した。併せて、管路圧損を予測できる縮退モデルの検討を進めた。自由表面流の数値解析については、減圧沸騰現象を適切に予測するために、凝縮モデルを導入した。これらを用いて、液中翼周りのキャビテーションの数値解析に着手し、シートキャビテーションやスーパーキャビテーションを呈する広範なキャビテーション数条件について、安定に計算が進行する手法を構築した。今後は、キャビテーションブレークダウンを定量的に予測できることを目指してモデルの改良を行う。

Extremely low temperature ス ロ ッ シ ン グ be 験 に つ い て は, back to the planning and vibration machine に よ る be 験 を 継 続 し, liquid level 揺 に with う pressure variations change デ ー タ を obtain し た. Liquid temperature distribution を パ ラ メ ー タ ー と し た test を most be applied す る こ と に よ り and pressure fall に ぼ す factor を spare し た. Large liquid water element タ ン ク 圧 reduction be 験 に つ い て は, yesterday's annual に build し た remote monitoring シ ス テ ム も appropriate し, can give ロ ケ ッ ト be 験 field の is set 30 cubic メ ー ト ル タ ン ク を use し た 圧 boiling reduction be 験 を be applied し た. Boiling two-phase flow be 験 に つ い て は を with electric heating tube, transparent boiling い た be を 験 device company, zhang し, parallel flow に お け る distributary feature の を row い, volume flow や 気 fluid mass flow rate ratio (ク オ リ テ ィ) に 応 じ た line 圧 loss の variations change を appropriate に obtain し た. And せて, the pressure loss of the pipeline を is pre-measured で る る retraction モデ モデ <s:1> 検 検 discussion を advance めた. <s:1> numerical analysis of free surface flow に に に に て て て て, を appropriate に pre-measurement するために of pressure reduction boiling phenomenon, condensation モデ を を introduction to <s:1> た. こ れ ら を with い て, liquid in the wing weeks り の キ ャ ビ テ ー シ ョ ン の the numerical analytical に hands し, シ ー ト キ ャ ビ テ ー シ ョ ン や ス ー パ ー キ ャ ビ テ ー シ ョ ン を show す る hiroo van な キ ャ ビ テ ー シ ョ ン several conditions に つ い て, stable に calculation が す る gimmick を build し た. Future は, キ ャ ビ テ ー シ ョ ン ブ レ ー ク ダ ウ ン を quantitative に be で き る こ と を refers し て モ デ ル の improved う を line.

项目成果

Pressure recovery during pressure reduction experiment with large-scale liquid hydrogen tank

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.12.184
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: International Journal of Hydrogen Energy
• 影响因子: 7.2
• 作者: Kazuma Tani;T. Himeno;Yasunori Sakuma;Toshinori Watanabe;Hiroaki Kobayashi;Terukuni Toge;Syuntaro Unno;S. Kamiya;O. Muragishi;Katsuhiro Kanbe

NUMERICAL SIMULATION ON PRESSU PHENOMENON WITH LARGE-SCALE LIQUEFIED HYDROGEN TANK

大型液化氢罐加压现象的数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Himeno;T.
• 通讯作者: T.

サブグリッドでの気泡成長を考慮した界面捕獲法による単独翼キャビテーションの数値解析

考虑亚网格中气泡生长的界面捕获法单叶片空化数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Miyazaki;K. Makihara;岩崎瞭介，姫野武洋，伊藤優，渡辺紀徳，谷和磨
• 通讯作者: 岩崎瞭介，姫野武洋，伊藤優，渡辺紀徳，谷和磨

Space Lander Descent Control System Design Considering Fuel Sloshing Under Microgravity

• DOI: 10.1109/cdc51059.2022.9992643
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: 2022 IEEE 61st Conference on Decision and Control (CDC)
• 作者: Yuji Tanaka;Mitsuhisa Baba;M. Otsuki;K. Fujita;T. Himeno;T. Maeda;Masaki Takahashi

Evaluation of Sloshing Effect on a Tank during Landing Phases of Spacecrafts in a Micro-Gravity Environment

微重力环境下航天器着陆阶段储罐晃动效应评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 塩尻大也;小槻峻司;齋藤匠;OUYANG Mao;Yutaro Furuichi
• 通讯作者: Yutaro Furuichi