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) porous cooling surface structure の デ ト ネ ー シ ョ ン エ ン ジ ン に masato す る research に masato し て は, H3 リ テ ン シ ョ ン ス ラ ス card be に タ orbit to け ー acid water element element RDE で than thrust を reached 415 seconds. Horizontal wall か ら の イ ン ジ ェ ク シ ョ ン に よ っ て, C * performance を bartender ち な が ら, heat flow beam を half で き る こ と を confirm し た. (2) in July 2024 hit ち げ 観 measuring ロ ケ ッ ト S - 520-34 machine be 験 propulsion by liquid tonic デ ト ネ ー シ ョ ン エ ン ジ ン の actuation に successful し た. Particulates, 気 process contains を む liquid propulsion tonic (エ タ ノ ー ル - N2O) に し, seaborne デ ト ネ ー シ ョ ン 伝 sowing を high speed カ メ ラ で pinch of shadow に successful し た. The maximum 3-second <s:1> test に success に ideal な thrust を obtain た. 観 measuring ロ ケ ッ ト S - 520-34 machine with デ ト ネ ー シ ョ ン エ ン ジ ン シ ス テ ム 2 (DES2) PFM basic design finished が し た. Filling form, storage status of the outer cylinder after withdrawal, フラ フラ ト form, <s:1> DES2 system diagram を production, た た. The BBM が design is completed and the final た (as determined by the experiment in April 2022). The basic design of the PFM <s:1> is が completed, and the final design is た (as determined by the experiment in December 2023). Deep space probe に must の segment with の エ ン ジ ン が, デ ト ネ ー シ ョ ン combustion 焼 を using す る こ と で miniaturization, high performance-based さ れ る こ と が this be 験 で card be さ れ て い る. Deep space probe の た め の innovative か つ フ ラ イ ア ブ ル な new エ ン ジ ン シ ス テ ム を create し つ つ あ で る point, the significance of social の あ る results で あ る. (3) the winter test に て, liquid propulsion tonic デ ト ネ ー シ ョ ン エ ン ジ ン の actuation characteristics be 験 を be し, BBM, PFM made し を burning 焼 machine department, 単 test を be applied し た. Youdaoplaceholder0 ショ ショ モ モ ドで ドで the maximum 15 seconds for the <s:1> to burn 焼を is achieved. Flow し test を decided し で flow coefficient, actuation タ イ ミ ン グ の を decided し optimum conditions, burning 焼 machine interaction - supply is の を understand し た. (4)N2O <s:1> catalyst decomposition ガスにて, エチレ <e:1> <s:1> ignition · flame preservation に successful <s:1> た. デ ト ネ ー シ ョ ン の 伝 sowing maintain の representative features で あ る "reflection point distance" に masato し て, extremely め て hiroo い chemical kind of, pressure, temperature field で を quantitative decision method to establish し た.

项目成果

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

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

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

連結型円筒回転デトネーションエンジンを用いたクラスタリングの基礎実験

耦合圆柱旋转爆震发动机聚类基础实验

• 发表时间: 2023
• 作者: 阪田倫平 ;稲田将大; 伊藤志朗 ;石原一輝;伊東山登 ;川﨑央; 松岡健; 笠原次郎 ; 船木一幸;松尾亜紀子
• 通讯作者: 松尾亜紀子