Creation of innovative energetic materials and precise control of ignition and burning based on ultra high speed reaction theory

基于超高速反应理论创新含能材料创制及点火燃烧精准控制

• 批准号: 20H00287
• 负责人: 三宅 淳巳
• 金额: $ 28.62万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00287/
• 关键词: 高速反応学理; エネルギー物質; 着火燃焼機構; 爆発; 発火; 爆轟; 詳細反応モデリング

本研究の目的は，申請者らのグループが実施してきた凝縮相エネルギー物質の爆発燃焼現象に関する研究を深化・推進し，実験による測定値を用いることなく純理論的に高速反応現象を再現し得る詳細反応モデリング技術の構築により高速反応の学理を構築し，世界初となるイオン液体系エネルギー物質(EILs)の創製に挑戦するものである。示差走査熱量測定によりアンモニウムジニトラミド(ADN)/ヒドロキシエチルヒドラジニウム硝酸塩(HEHN)系の液体保持温度(ガラス転移温度)が約-70 ℃であることがわかった。これはこれまで知られていたADN系EILsの融点・ガラス転移温度と比較して極めて低い温度であり，極低温の宇宙環境での利用を想定したときに優れた特性である。分解熱特性については，ADN/HEHNは既存のEILsと比較して顕著な熱安定性の低下は見られず，分解発熱量も高いことから極めて高い燃焼性能が期待できた。電圧印加による着火についても，既存のEILsよりも短い着火遅れ時間で着火に至ることがわかり，より低い投入エネルギーと短い応答性で着火可能であることが示された。電圧印加時のADN/HEHN 系EILsの着火挙動を詳細計測するために火炎温度，電流電圧に高速度撮影を同期させる実験計測系を構築した。特に，極細熱電対と温度補償の組み合わせによる高精度火炎温度測定を達成し，当該測定系を用いて水分量，雰囲気圧力等の各種環境条件がEILsの着火挙動に与える影響を評価した。また，最適な電極材の提案に向け，白金，ステンレス鋼，ニッケル合金を電極材として用いた検討を行い，着火時間，電流挙動，消費電力への影響を把握した。最後に3Dプリンターを用いて試作した宇宙機用スラスター燃焼器内でのEILsの燃焼実験も行い，電圧印加によりEIL推進剤を着火・燃焼させ，実際に推力が得られることを確認することができた。

は の purpose, this study applicants ら の グ ル ー プ が be applied し て き た condensation phase エ ネ ル ギ ー material の detonation 焼 発 combustion phenomenon に masato す を deepen, promote し る research, be 験 に よ る numerical を measure い る こ と な く pure に high-speed reverse を 応 phenomenon reappearing し る detail the 応 モ デ リ ン の グ technology to construct に よ り high-speed reverse 応 の を build し perspective, The world 's first となる, <s:1>, <s:1>, <s:1> liquid system エネ, ギ, ギ and <s:1> substances (EILs) に challenge battle する, <s:1>, である, である, である. Differential walkthrough calorimetry に よ り ア ン モ ニ ウ ム ジ ニ ト ラ ミ ド (ADN) / ヒ ド ロ キ シ エ チ ル ヒ ド ラ ジ ニ ウ ム nitric acid salt (HEHN) の liquid keep temperature (ガ ラ ス planning move temperature) が - 70 ℃ で あ る こ と が わ か っ た. こ れ は こ れ ま で know ら れ て い た ADN department EILs の melting point, ガ ラ ス planning move temperature と compare し て extremely め て low temperature で い あ り, extremely low temperature の cosmic environment で の using を scenarios し た と き に optimal れ た features で あ る. Thermal characteristics of decomposition に つ い て は, ADN/HEHN は existing の EILs と compare し て 顕 with low thermal stability の な は see ら れ ず, high heat decomposition 発 も い こ と か ら extremely め て high 焼 い combustion performance が expect で き た. Electric 圧 Inca に よ る fire に つ い て も, existing の EILs よ り も short い fire 遅 れ time で に fire to る こ と が わ か り, よ り low い inputs エ ネ ル ギ ー と short い 応 a sexual で fire may で あ る こ と が shown さ れ た. During the electroprinting process, the <s:1> ADN/HEHN system EILs <s:1> ignition movement を detailed measurement するために ignition temperature, current voltage に high-speed shadow を synchronous させる actual measurement system を construction た. に, very fine thermoelectric group と temperature compensation の み seaborne close わ せ に よ る high precision temperature measurement を reach し, fire department を measure when the い て water weight, 雰 囲 気 pressure が の various environmental conditions, such as the EILs の fire 挙 に and え る を appraisal of 価 し た. ま た, optimal な electrode material の proposal to け に, platinum, ス テ ン レ ス steel, ニ ッ ケ を ル alloy electrode material と し て in い た 検 for line を い, ignition time, current 挙, consumption power へ の influences を master し た. Finally に 3 d プ リ ン タ ー を with い て attempt し た universe machine with ス ラ ス タ ー combustion 焼 in で の EILs の combustion 焼 be 験 も い, electric 圧 Inca に よ り EIL promote tonic を is on fire, burning 焼 さ せ, be interstate に thrust が must ら れ る こ と を confirm す る こ と が で き た.

项目成果

Visualized image analysis of Electrolysis-Ignition of ammonium dinitramide based ionic liquid propellants using a high-speed camera

使用高速相机对二硝酰胺铵基离子液体推进剂的电解-点火进行可视化图像分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Kiichiro Iguchi;Kento Shiota;Yu-ichiro Izato;Atsumi Miyake
• 通讯作者: Atsumi Miyake

Estimation of Heat of Formation for Hazardous Chlorine-Containing Silanes Based on Group Additivity Values Obtained By Machine Learnig

基于机器学习获得的基团加和值估算有害含氯硅烷的生成热

• 发表时间: 2022
• 作者: Masaya Sato;Yu-ichiro Izato;Atsumi Miyake
• 通讯作者: Atsumi Miyake

A detailed mechanism for the initial hypergolic reaction in liquid hydrazine/nitrogen tetroxide mixtures based on quantum chemistry calculations

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.02.035
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: Combustion and Flame
• 影响因子: 4.4
• 作者: Y. Izato;K. Shiota;A. Miyake

Kyungil University(韓国)

庆一大学（韩国）

Analyses of the thermal characteristics and gaseous products of guanidine nitrate/basic copper nitrate mixtures using calorimetry with high resolution mass spectrometry

• DOI: 10.1016/j.jaap.2020.104918
• 发表时间: 2020-10-01
• 期刊: JOURNAL OF ANALYTICAL AND APPLIED PYROLYSIS
• 影响因子: 6
• 作者: Izato, Yu-ichiro;Shiota, Kento;Miyake, Atsumi
• 通讯作者: Miyake, Atsumi