液体酸素を用いる端面燃焼式ハイブリッドロケットの実証研究

液氧端燃式混合火箭示范研究

• 批准号: 22H00240
• 负责人: 永田 晴紀
• 金额: $ 27.04万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00240/
• 关键词: ハイブリッドロケット; 端面燃焼式; 宇宙推進; ロケット; 固体燃焼; 端面燃焼; 3D印刷; 光造形

本研究の目的は、革新的ハイブリッドロケット技術を利用して、非常停止が可能な大推力ロケットを実現することである。提案者が発案し、研究を進める「端面燃焼式ハイブリッドロケット」は軸方向に無数の微小ポートを有する円柱形固体燃料を使用し、各ポートに酸化剤を流して出口に火炎を定在させる。これにより固体燃料は燃焼室圧力に比例する速度で軸方向に燃え進む。液体酸素供給により40気圧程度で燃焼させることが出来れば、適切な燃料－酸化剤比が得られ、固体ロケットをも凌ぐ大推力ハイブリッドロケットが実現出来る。研究は「単ポート燃料の燃焼特性解明」、「ロケットモータの燃焼特性取得」、および「マルチポート燃料の造形最適化」から構成される。各項目の2022年度実績は以下の通りである。単ポート燃料の燃焼特性：端面燃焼式燃料の軸方向燃焼速度は各ポート出口に定在する火炎の移動速度で決まり、火炎の移動速度は単ポート燃料により計測可能である。今年度は光造形樹脂で作成した単ポート燃料試料を用いて燃焼実験を行い、大気圧から20気圧までの範囲で火炎移動速度を取得した。ロケットモータの燃焼特性：本サブテーマは2023年度から開始する計画であったが、ポートを複数設けた燃料による燃焼実験を先行的に行い、20気圧の条件で安定な燃焼を得た。マルチポート燃料の造形最適化：端面燃焼式燃料は「燃料断面に占めるポート総面積が3%以下」が必要で、先行研究では例えば内径0.3 mm のポートを2.5 mm ピッチで設けているが、O/F は上記ポート総断面積に強く依存するため、高精度な燃料造形が要求される。造形精度は照射エネルギーの分布に依存し、樹脂の収縮率を考慮した最適化が必要である。今年度は液体酸素用に採用した高靭性樹脂による造形を試行し、従来用いてきた樹脂と同様の造形が可能であることを確認した。

The purpose of this study is to make use of innovative technologies to achieve high thrust. The proponent has developed and studied the "end combustion type" and the use of numerous small cylindrical solid fuels in the axial direction, and the acidification of various types of fuels has been determined. Solid fuel combustion chamber pressure ratio, axial combustion velocity Liquid acid supply at 40 degrees of pressure, combustion, appropriate fuel-acid ratio, solid phase, high thrust, high pressure, high temperature, high temperature, The research includes "Explanation of Combustion Characteristics of Single Fuel,""Acquisition of Combustion Characteristics of Single Fuel," and "Optimization of Single Fuel Shape." The results of each project in 2022 are as follows: Combustion characteristics of fuel: combustion speed in axial direction of end combustion fuel is determined by the movement speed of flame at each outlet, and the movement speed of flame is measured by fuel. This year, the light resin is made into a single fuel sample, and the combustion process is carried out at a high pressure of 20 DEG C. The combustion characteristics of the fuel system: The fuel system is stable under the condition of 20 ° C. Optimization of fuel shape: it is necessary for end-combustion fuel to "fuel cross-section accounts for less than 3% of total area". For example, it is necessary to study the internal diameter of 0.3 mm and set it to 2.5 mm. O/F is strongly dependent on fuel cross-section area and high precision fuel shape requirements. Shape accuracy depends on the distribution of radiation, and optimization is necessary considering the shrinkage of resin. This year, the use of high toughness resin for liquid acid is tested, and the use of high toughness resin for liquid acid is confirmed.

项目成果

Fuel regression characteristics of axial-injection end-burning hybrid rockets using Nitrous Oxide

使用一氧化二氮的轴向喷射端燃混合火箭的燃料回归特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Mai. Fukada;Hiroki. Hayasaka;Sho. Suzuki;Landon. Kamps;Masashi. Wakita;Harunori. Nagata
• 通讯作者: Harunori. Nagata

Demonstration of Axial-Injection End-Burning Hybrid Rocket using FDM 3D Printer

使用 FDM 3D 打印机演示轴向喷射端燃式混合火箭

• 发表时间: 2023
• 作者: Hirai Shota;Kamps Landon T.;Nobuhara Yuki;Nagata Harunori
• 通讯作者: Nagata Harunori

Fuel Regression Characteristics of Axial-Injection End-Burning Hybrid Rocket Using Nitrous Oxide

一氧化二氮轴喷端燃混合火箭燃料回归特性

• DOI: 10.2514/1.b38318
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Propulsion and Power
• 影响因子: 1.9
• 作者: Okuda Ryota;Komizu Kodai;Tsuji Ayumu;Miwa Takumi;Fukada Mai;Yokobori Shuichi;Soeda Kentaro;Kamps Landon;Nagata Harunori
• 通讯作者: Nagata Harunori

Necessary Condition of Regression Mode in Axial-injection End-burning Hybrid Rockets

轴喷端燃混合火箭回归模型的必要条件

• 发表时间: 2023
• 作者: Mai Fukada;Sho Suzuki;Hiroki Hayasaka, Hironobu Maebayashi;Seong Mungyu;Yownin Albert M. Leung. and Harunori Nagata
• 通讯作者: Yownin Albert M. Leung. and Harunori Nagata