ハイブリッドロケットの酸化剤旋回流を用いた最適混合比と推力の同時制御

混合火箭中氧化剂旋流同时控制最佳混合比和推力

• 批准号: 15J08028
• 负责人: 小澤 晃平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08028/
• 关键词: ハイブリッドロケット; 酸燃比制御; 推力制御; 高機能化; 推進剤残渣; 旋回流

本年度は、前年度の強度可変型酸化剤流旋回型ハイブリッドロケット(A-SOFT HR)の定常燃焼実験で得られた燃焼後のグレインを用いて、軸方向後退速度を計測した。計測手法には、予め質量を計測した水をグレインに注ぎ、その水位上昇をレーザー距離計で逐次計測する手法を取った。これによって計測幅間での平均燃料後退量を計測した。本手法により計測値の信頼性及び精度が高まった。更に高い精度を目指す場合、より精度の高いレーザー距離計を使用するか、全く異なる手法を検討する必要があるという知見も得た。燃焼実験で得られた10ケースの計測結果と、軸流インジェクタを持たない酸化剤流旋回型ハイブリッドロケット（SOFT HR）の燃料後退速度分布を比較し、燃料後退速度の軸方向分布には大きな違いが無いことが確認された。更に、取得した燃料後退速度データと、研究代表者が構築した酸化剤流旋回型ハイブリッドロケット(SOFT HR)の燃料後退速度理論計算の結果を比較し、SOFT HRの後退速度予測理論がA-SOFTに適用可能か調べた。後退速度分布の理論予測値は、前年度実施した全ての実験でよく一致し、本予測手法はA-SOFT HRでも適用可能であることがわかった。また、本年度は既存の燃料後退速度データから燃料後退速度のランダム誤差をモデル化することで観測ロケットの飛翔計算を更に発展させ、3000回のフライトシミュレーションを実施した。この計算結果から、A-SOFT HRは±3σ以内における従来型HRの到達高度最悪値を5%程度改善するとともに、高い増速の精度を有するため、ハイブリッドロケット推進を高機能化できることがわかった。また、本研究実績は研究代表者の博士学位論文の一部としてまとめた。本計画終了後、査読付き論文として投稿予定である。

This year, compared with the previous year, the intensity of variable acidification flow cycle type (A-SOFT HR) steady combustion behavior was obtained, and the axial retreat velocity was measured. The measurement method is to measure the water level and the distance. The average fuel withdrawal between measurements was measured. The reliability and accuracy of this method are very high. For high-precision situations, high-precision distance meters are used, and all different methods are discussed. The measurement results of combustion performance were compared with those of SOFT HR, and it was confirmed that the axial flow velocity distribution of SOFT HR was large. In addition, the results of theoretical calculation of fuel withdrawal velocity of SOFT HR were compared and the prediction theory of fuel withdrawal velocity of SOFT HR was adjusted. The theoretical prediction value of the backward velocity distribution is different from that of the previous year, and the prediction method is different from that of A-SOFT HR. This year, the existing fuel withdrawal speed error was reduced, and the flight calculation of the test vehicle was improved. The 3000-cycle fuel withdrawal speed error was implemented. The calculation result shows that the A-SOFT HR reaches the maximum height within ±3σ, and the accuracy of the high-speed increase is improved by 5%. A part of doctoral dissertation of the representative of this research is presented. After the project is completed, the paper will be submitted to the author.

项目成果

Performance Calculations and Burning Tests on Altering-Intensity Swirling Oxidizer Flow Type Hybrid Rocket Engines

变强旋流氧化剂流式混合火箭发动机性能计算与燃烧试验

• 发表时间: 2015
• 作者: Kohei Ozawa;Koki Kitagawa and Toru Shimada.
• 通讯作者: Koki Kitagawa and Toru Shimada.

スタンフォード大学(米国)

斯坦福大学（美国）

Flight Performance Estimation for Swirling-Oxidizer-Flow-Type Hybrid Rocket with Swirling Control

旋流控制旋流氧化剂流型混合火箭飞行性能估计

• 发表时间: 2015
• 作者: Tomoaki Usuki;Toru Shimada;Kohei Ozawa.
• 通讯作者: Kohei Ozawa.

Hybrid Propulsion Technology Development in Japan for Economic Space Launch (Chemical Rocket Propulsion 内 Section 4.4)

日本用于经济航天发射的混合推进技术开发（化学火箭推进第 4.4 节）

• 发表时间: 2016
• 作者: Toru Shimada;Saburo Yuasa;Harunori Nagata;Shigeru Aso;Ichiro Nakagawa;Keisuke Sawada;Keiichi Hori;Masahiro Kanazaki;Kazuhisa Chiba;Takashi Sakurai;Takakazu Morita;Koki Kitagawa;Yutaka Wada;Daisuke Nakata;Mikiro Motoe;Yuki Funami;Kohei Ozaw
• 通讯作者: Kohei Ozaw

Static Burning Tests on a Bread Board Model of Altering-intensity Swirling-Oxidizer-Flow-Type Hybrid Rocket Engine

变强旋流氧化剂流式混合火箭发动机面包板模型静态燃烧试验

• 发表时间: 2016
• 作者: Kohei Ozawa;Tomoaki Usuki;Genki Mishima;Koki Kitagawa;Masato Yamashita;Masato Mizuchi;Shigeru Aso;Yasuhiro Tani;Yutaka Wada;and Toru Shimada.
• 通讯作者: and Toru Shimada.