Study on Self-compression Type Detonation Propulsion: Evolutionary Space-Flight Demonstration Study Using Sounding Rockets

自压缩式爆轰推进研究：探空火箭演化航天飞行验证研究

• 批准号: 19H05464
• 负责人: 笠原 次郎
• 金额: $ 400.11万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-23 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H05464/
• 关键词: デトネーション; 推進工学; 航空宇宙工学; 観測ロケット; 自律圧縮

(1)多孔冷却面構造のデトネーションエンジンに関する研究に関しては、H3用リテンションスラスタ軌道上実証に向け水素ー酸素RDEで比推力415秒を達成。横壁からのインジェクションによって、C*性能を保ちながら、熱流束を半減できることを確認した。(2)2024年7月打ち上げ観測ロケットS-520-34号機実験用液体推進剤デトネーションエンジンの作動に成功した。微粒化・気化過程を含む液体推進剤（エタノール-N2O ）に対し、デトネーション伝播を高速度カメラで撮影に成功した。最大３秒の試験に成功し、理想的な推力を得た。観測ロケットS-520-34号機用デトネーションエンジンシステム2（DES2）PFM基本設計が完了した。充填形態、外筒取付後保管状態、フライト形態のDES2系統図を製作した。BBMの設計が完了した（2023.4試験予定）。PFMの基本設計が完了した（2023.12試験予定）。深宇宙探査に必須の上段用のエンジンが、デトネーション燃焼を利用することで小型化、高性能化されることが本実験で実証されている。深宇宙探査のための革新的かつフライアブルな新エンジンシステムを創造しつつある点で、社会的意義のある成果である。(3)冬試験にて、液体推進剤デトネーションエンジンの作動特性実験を実施し、BBM・PFM用燃焼機部を製造し、単体試験を実施した。デフラグレーションモードで最大15秒の燃焼を達成した。液流し試験で流量係数を決定し、作動タイミングの最適条件を決定し、燃焼機-供給系の相互作用を理解した。(4)N2Oの触媒分解ガスにて、エチレンの点火・保炎に成功した。デトネーションの伝播維持の代表特性である「反射点距離」に関して、極めて広い化学種・圧力・温度領域で定量決定法を確立した。

(1)The research on porous cooling surface structure was carried out in 415 seconds. The horizontal wall of the wall is covered with a thin layer of water, and the C* performance is maintained. (2) In July 2024, the operation of No. S-520-34 engine with liquid propulsion system was successfully carried out. The atomization and combustion processes are successfully affected by high velocity combustion with liquid propellant (N2O). Maximum 3 seconds of test success, ideal thrust achieved. The basic design of PFM for S-520-34 was completed. DES2 system production in filling state, storage state after outer cylinder removal, and filling state BBM design is completed (2023.4 trial scheduled). The basic design of PFM is completed (scheduled for trial on December 2023). Deep space exploration must be used for the upper part of the gas, gas combustion, miniaturization, high performance, and the realization of this system. Deep cosmic exploration and innovation, creation and social significance (3)The performance of the liquid propellant during the test, the production of the BBM and PFM combustion engine, and the performance of the single test A maximum of 15 seconds of combustion is achieved. Flow coefficient determination, optimal conditions for actuation, and combustion-supply system interaction (4) N2O catalyst decomposition, ignition and flame protection are successful. A quantitative method for determining the "reflection point distance" of the representative characteristics of the propagation of the radiation in the field of chemical species, pressure and temperature was established.

项目成果

Data-driven Modeling of Reflection Point Distance Relevant to Diffracting Detonation Wave by using Machine Learning

利用机器学习对与衍射爆震波相关的反射点距离进行数据驱动建模

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Kawasaki;H. Hasegawa;H. Sun;H. Watanabe;N. Itouyama;K. Matsuoka;J. Kasahara;A. Matsuo;I. Funaki
• 通讯作者: I. Funaki

S-520-31号機によるデトネーションエンジン実験の進捗状況：デトネーションエンジンシステム

使用S-520-31的爆震发动机实验进展状况：爆震发动机系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 川崎 央，野田 朋之，ブヤコフ バレンティン，石原 一輝， 後藤 啓介，伊東山 登，渡部 広吾輝，松岡 健，松山 行一，笠原 次郎，他11名

Investigation of combustion modes and pressure of reflective shuttling detonation combustor

反射式穿梭爆轰燃烧室燃烧方式及压力研究

• DOI: 10.1016/j.proci.2020.07.064
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the Combustion Institute
• 影响因子: 3.4
• 作者: Yamaguchi Masato;Taguchi Tomoya;Matsuoka Ken;Kawasaki Akira;Kasahara Jiro;Watanabe Hiroaki;Matsuo Akiko
• 通讯作者: Matsuo Akiko

Numerical Investigation on Characteristic Lengths for Gaseous Detonation with Dilute Water Spray

• DOI: 10.2514/6.2019-4132
• 发表时间: 2019-08
• 期刊: AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum
• 作者: H. Watanabe;A. Matsuo;Ashwin Chinnayya;K. Matsuoka;A. Kawasaki;J. Kasahara

Purdue University(米国)

普渡大学（美国）