ロケットエンジン燃焼室の極限環境下における反応性熱流体現象の解明に関する研究

本年度においては，実機に近い軸対称形状のピントル型噴射器の燃焼特性をより詳細に調査するための試験を行った．特に，推進剤総運動量比が特性排気速度効率に及ぼす影響を評価した．また，ロケットエンジン燃焼において最も重要な課題の一つである燃焼安定性を評価するための実験も実施した．試験の結果，軸対称形状のピントル型噴射器においても推進剤総運動量比と特性排気速度効率の間に相関関係があることが明らかとなった．Oxidizer-centered方式を採用している本供試体においては，液体酸素噴射速度を下げ，推進剤総運動量比を下げることで特性排気速度効率が上昇する傾向が得られた．さらに，種々の条件下において燃焼安定性を評価したところ，特性排気速度効率が高い条件においては，燃焼圧力の変動値も同様に大きなことが明らかとなった．これは，推進剤総運動量比がピントル型噴射器の特性排気速度効率のみならず，燃焼安定性にも大きな影響を与えていることを示唆している．ピントル型噴射器は一般的に燃焼安定性に優れ燃焼不安定性の問題は発生しにくいと考えられていることから，本試験で得られた知見は実機の開発にも資する重要な知見であると考えられる．燃焼振動挙動を明らかにするための光学計測可能な供試体を再設計し，試験を行った．試験の結果，ピントル型噴射器の燃焼振動挙動を20kHzの時間分解能で観測することに成功した．CH*発光とバックライトイメージの同時計測の結果，推進剤総運動量比が1を下回る条件においては，燃焼室軸方向の音響振動と燃焼に伴う熱発生が連成した熱音響振動が発生しているものと考えられる．噴霧燃焼過程における様々な物理過程の時間スケールを解析したところ，本供試体において，推進剤の蒸発過程の時間スケールが観測された燃焼振動の時間スケールに近いことから，蒸発過程と音響振動モードが連成している可能性が考えられる．

本年度においては，実機に近い軸対称形状のピントル型噴射器の燃焼特性をより詳細に調査するための試験を行った．特に，推進剤総運動量比が特性排気速度効率に及ぼす影響を評価した．また，ロケットエンジン燃焼において最も重要な課題の一つである燃焼安定性を評価するための実験も実施した．試験の結果，軸対称形状のピントル型噴射器においても推進剤総運動量比と特性排気速度効率の間に相関関係があることが明らかとなった．Oxidizer-centered方式を採用している本供試体においては，液体酸素噴射速度を下げ，推進剤総運動量比を下げることで特性排気速度効率が上昇する傾向が得られた．さらに，種々の条件下において燃焼安定性を評価したところ，特性排気速度効率が高い条件においては，燃焼圧力の変動値も同様に大きなことが明らかとなった．これは，推進剤総運動量比がピントル型噴射器の特性排気速度効率のみならず，燃焼安定性にも大きな影響を与えていることを示唆している．ピントル型噴射器は一般的に燃焼安定性に優れ燃焼不安定性の問題は発生しにくいと考えられていることから，本試験で得られた知見は実機の開発にも資する重要な知見であると考えられる．燃焼振動挙動を明らかにするための光学計測可能な供試体を再設計し，試験を行った．試験の結果，ピントル型噴射器の燃焼振動挙動を20kHzの時間分解能で観測することに成功した．CH*発光とバックライトイメージの同時計測の結果，推進剤総運動量比が1を下回る条件においては，燃焼室軸方向の音響振動と燃焼に伴う熱発生が連成した熱音響振動が発生しているものと考えられる．噴霧燃焼過程における様々な物理過程の時間スケールを解析したところ，本供試体において，推進剤の蒸発過程の時間スケールが観測された燃焼振動の時間スケールに近いことから，蒸発過程と音響振動モードが連成している可能性が考えられる．