レーザ点火システム実現のための着火現象物理モデルの構築

近年レーザ発振器の小型化に伴い，申請者は従来の点火器にとってかわる技術としてレーザ点火システムを提案している．レーザ点火システムを用いることで電気的外乱による誤作動を防止することが可能となり，本質的に安全な点火システムを構築できる．そのためには火薬のレーザ着火特性を明らかにする必要がある.そのアプローチとして,様々な条件におけるレーザ着火現象を再現できる物理モデルを構築することを目的としている.2022年度は低温状態における火薬のレーザ着火特性を取得することを目的として,440nmの半導体レーザを使用し,3.2 mm×2.0 mm のボロン硝酸カリウム点火薬をペルチェ素子で-40℃まで冷却することができる実験系にて,フォトセンサおよび高速度カメラによる着火遅れを取得した.常温条件と比較して,低温での条件では着火遅れが大きくなることと,着火遅れのばらつきが大きくなるという結果が得られた. また,着火温度を放射温度計で測定するために火薬の放射率を測定する予備試験を実施した.　予備試験では火薬をヒータで加熱し,放射温度計と熱電対にて火薬表面を同時に温度測定することで放射率を測定した.実験による着火遅れを再現するために,火薬の比熱・熱伝導率・密度の温度による変化を組み込んだ,3次元軸対称熱伝導方程式を解く,数値計算コードを構築した. 着火遅れは計算と実験でオーダーでは一致するものの倍半程度の乖離がみられ,今後は発煙などの効果も加味して計算モデルを改良する.

近年レーザ発振器の小型化に伴い，申請者は従来の点火器にとってかわる技術としてレーザ点火システムを提案している．レーザ点火システムを用いることで電気的外乱による誤作動を防止することが可能となり，本質的に安全な点火システムを構築できる．そのためには火薬のレーザ着火特性を明らかにする必要がある.そのアプローチとして,様々な条件におけるレーザ着火現象を再現できる物理モデルを構築することを目的としている.2022年度は低温状態における火薬のレーザ着火特性を取得することを目的として,440nmの半導体レーザを使用し,3.2 mm×2.0 mm のボロン硝酸カリウム点火薬をペルチェ素子で-40℃まで冷却することができる実験系にて,フォトセンサおよび高速度カメラによる着火遅れを取得した.常温条件と比較して,低温での条件では着火遅れが大きくなることと,着火遅れのばらつきが大きくなるという結果が得られた. また,着火温度を放射温度計で測定するために火薬の放射率を測定する予備試験を実施した.　予備試験では火薬をヒータで加熱し,放射温度計と熱電対にて火薬表面を同時に温度測定することで放射率を測定した.実験による着火遅れを再現するために,火薬の比熱・熱伝導率・密度の温度による変化を組み込んだ,3次元軸対称熱伝導方程式を解く,数値計算コードを構築した. 着火遅れは計算と実験でオーダーでは一致するものの倍半程度の乖離がみられ,今後は発煙などの効果も加味して計算モデルを改良する.