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Combustion and Ignition dynamics with a novel laser ignition technologies for methane-oxygen rocket engines

甲烷-氧气火箭发动机采用新型激光点火技术的燃烧和点火动力学

基本信息

批准号：
21KK0257
负责人：
中谷辰爾
金额：
$ 9.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022 至 2024
项目状态：
已结题

项目摘要

近年，ロケットエンジンにおいて振動燃焼などへの対応などの開発コストを下げるためエンジンをクラスター化し大推力に対応する手法が取られている．クラスターエンジンを同期して点火することが必要であるが，従来の電気火花やトーチでは点火の同期が困難である．点火がスムーズに行うことが出来なければ燃焼器内に混合気が滞留し大きな圧力スパイクや不安定燃焼が生じ，燃焼器を破壊する．本研究では，高度に同期が可能な点火手法としてレーザー点火に着目している．近接2点レーザーブレイクダウン火花点火手法を提案し限界付近でロバストな火炎核を形成するメカニズムを調べている．また，メタンを推進剤とするロケットエンジンへのレーザー点火の応用を行っている．本年度は，基礎研究としてメタン/空気混合気に対して，近接2点レーザー点火によって生じる衝撃波の干渉により形成される流れ場により，サードローブの形成を抑制するのに加え，マッハステム形成の流れ場を用いたロバストな火炎核を形成した．その条件をブラスト波理論や衝撃波前後の関係式により明らかにした．特に，高圧力，希薄限界付近の混合気に対して，単点でのレーザー点火と比較して，最小点火エネルギーを低減するのに加え，火炎伝播に移行する誘導期間を低減することを示した．また，ロケットエンジン燃焼器における高圧力，高温度場における状態量計測手法として，OH*およびCH*化学発光測定の応用を検討した．まず大気圧の平面火炎バーナーを使用し，反応帯近くおよび高温ガスの温度測定手法の検討を行った． OH*の化学発光挙動は強く高温ガスの温度測定に応用することができる可能性を示した．一方で，火炎帯近傍においては，熱平衡の過程から離れる分布が示された．DLRのロケットエンジンモデル燃焼器内において，分光測定を実施することで，本手法の適用可能性が確認されている．

In recent years, the vibration combustion mechanism has been adopted to reduce the vibration and increase the thrust. The timing of ignition is necessary, and the timing of ignition is difficult. When the ignition is started, the mixed gas in the burner stays inside, causing great pressure and unstable combustion, causing the burner to break down. In this study, the height of the ignition method is different from that of the ignition method. The spark ignition method is proposed to limit the proximity of the spark ignition core. The engine is driven by the engine, and the engine is driven by the engine. This year, basic research on the formation of shock waves and the formation of flow fields in the vicinity of 2:00 pm ignition is conducted. The conditions are clearly defined by the theory of shock waves and the relationship between before and after shock waves. In particular, high pressure, low temperature, low The state measurement method for high pressure and high temperature field in the burner is discussed. The temperature measurement method of high pressure and high temperature is discussed. The chemical reaction of OH ~* and the possibility of temperature determination at high temperatures are shown. On the other hand, the process of thermal equilibrium is distributed in the vicinity of the flame zone. The possibility of the application of this method is confirmed by the spectroscopic measurement in the combustion chamber.