The Condition of Stabilized Combustion in Axial-injection End-burning Hybrid Rockets

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端面燃焼式ハイブリッドロケットの実現に向けその成立条件である安定燃焼と燃え拡がり燃焼の境界条件を調査するため2022年度は主に燃焼実験を行った。酸化剤には酸素および亜酸化窒素を用いた。これは異なる酸化剤の使用が安定燃焼と燃え拡がり燃焼の境界条件の圧力に対する傾向に影響を及ぼす原因となり得るのかを調査するためである。また燃料には長さや製作方法の異なる4種の形状を、材質は全てアクリル樹脂として用いた。燃料形状を変化させることで、燃焼部における境界層の発達の有無が安定燃焼と燃え拡がり燃焼の境界条件に影響を及ぼすかどうかを確かめた。大気圧から25気圧まで合計で300回程度の実験を行った結果、後者の境界層の発達条件の違いは境界条件に影響を及ぼさない一方で酸化剤が異なると境界条件の圧力に対する傾向が異なることが判明した。実験から得た以上の結果を元に、酸化剤による圧力依存性の違いが何に起因するのかの原因究明を行った。安定燃焼は流速の高い酸化剤主流部では火炎が維持できない吹き飛び状態である一方、火炎によって燃料が消費されることで形成された流路急拡大部では流速が落ち、火炎が維持できる状態である。そのことに着目し燃焼学分野で用いられるダムケラー数という指標を導入した。ダムケラー数はある物質がその空間にとどまっている時間である滞留時間と化学反応に要する時間との比で表され、消炎現象の指標として用いられている。ダムケラー数を用いて酸素および亜酸化窒素のデータを解析した所、酸素と亜酸化窒素で見られた境界条件の圧力依存性の差の原因として、酸化剤によってアクリル樹脂との化学反応過程が異なる可能性があることが示唆された。修士の研究内容、および本研究結果を2回の国際学会で発表済みであり、今後は論文としてまとめ発表する予定である。