宇宙機燃焼室壁の熱拡散特性時間を考慮したパルス冷却によるヒートソークバックの抑制

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本研究は，宇宙機に搭載する二液式スラスタにおけるフィルム冷却を対象に，高温壁面に対して冷却液を単発噴射およびパルス噴射した際の非定常な冷却特性を予測できる液膜形成モデルの構築，ならびに冷却流量に対する冷却性能を最大化する噴射制御方法の確立を目的としている．本年度は，昨年度おこなった単発噴射冷却試験の結果を踏まえて，パルス周期当たりの噴射量一定のもと，噴射流量とデューティー比（噴射時間）を変更するパルス噴射冷却試験を実施した．パルス冷却試験においては，冷却液の噴射を停止する無冷却期間が存在し，この期間の壁面の温度回復が再噴射時の液膜挙動に影響を与え，冷却性能（液膜による抜熱量）に強く影響すると考えられる．そのため本年度の研究では，温度回復の特性時間（熱拡散特性時間）が異なる二つの材質の金属板を冷却壁として採用し，同じ噴射条件のもと冷却試験を行うことで，パルス冷却性能に対する壁の熱物性の影響を調査した．その結果，熱拡散率が小さく噴射停止期間での温度回復が比較的小さい金属板では，同じ噴射量でも連続噴射に比べて冷却性能が向上することを見出した．他方，熱拡散率が大きい金属板では，噴射停止期間の温度回復の影響により連続噴射に比べて冷却性能が単調的に低下することがわかった．これらの結果は，当該分野の雑誌に投稿し採択されている．