宇宙用2液推進系の小型化：液体推進剤噴射下のデトネーション燃焼挙動の解明

本研究では、小型の軌道間輸送システムに適合的な小推力化学ロケットエンジンの実現のため、デトネーション燃焼の利用による2元推進剤式ロケットエンジンの小型化を志向する。デトネーションエンジンにおいては、理想的なデトネーションの大きな衝撃波Mach数により得られる全圧上昇が潜在的メリットとして期待されているものの、推進剤混合度の非一様性や推進剤充填の非一様性をはじめとする燃焼器内の種々の非理想性に起因して、実際には現在までのところこの潜在的メリットが現実のものとなっていない。そこで、デトネーション燃焼の適用により小型ロケットエンジン中の燃焼過程がどのようなものになるのか詳細な検討を行う。本年度は、主として、小型デトネーションエンジンに適合的な、微小流量においても推進剤の混合状態を良好に保てる可能性のある、微細溝加工インジェクターについて検討を行った。本インジェクターは、微細な溝を多数並べた鋸歯状の部品と平面部品を、適切な公差の下で組み合わせることにより、微細で稠密なインジェクター構造を実現するものであり、実際のデトネーションエンジンにおける非理想性を、小型エンジンにおいても低減できる可能性がある。本インジェクターのエレメントを製作し、水流し試験を行うことで、本インジェクターに特有の物理過程について注意深く設計を行う必要があることが明らかになった。また、小型デトネーションエンジンの燃焼器壁の大きな曲率はデトネーション伝播に大きな影響を与える可能性があるが、関連したデトネーション波と希薄波の干渉現象についても知見が得られた。

本研究では、小型の軌道間輸送システムに適合的な小推力化学ロケットエンジンの実現のため、デトネーション燃焼の利用による2元推進剤式ロケットエンジンの小型化を志向する。デトネーションエンジンにおいては、理想的なデトネーションの大きな衝撃波Mach数により得られる全圧上昇が潜在的メリットとして期待されているものの、推進剤混合度の非一様性や推進剤充填の非一様性をはじめとする燃焼器内の種々の非理想性に起因して、実際には現在までのところこの潜在的メリットが現実のものとなっていない。そこで、デトネーション燃焼の適用により小型ロケットエンジン中の燃焼過程がどのようなものになるのか詳細な検討を行う。本年度は、主として、小型デトネーションエンジンに適合的な、微小流量においても推進剤の混合状態を良好に保てる可能性のある、微細溝加工インジェクターについて検討を行った。本インジェクターは、微細な溝を多数並べた鋸歯状の部品と平面部品を、適切な公差の下で組み合わせることにより、微細で稠密なインジェクター構造を実現するものであり、実際のデトネーションエンジンにおける非理想性を、小型エンジンにおいても低減できる可能性がある。本インジェクターのエレメントを製作し、水流し試験を行うことで、本インジェクターに特有の物理過程について注意深く設計を行う必要があることが明らかになった。また、小型デトネーションエンジンの燃焼器壁の大きな曲率はデトネーション伝播に大きな影響を与える可能性があるが、関連したデトネーション波と希薄波の干渉現象についても知見が得られた。