水推進機の多機能化に向けた水-金属粉体燃焼による1N級小型推進機の実験的研究

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本研究は水-粉体金属による燃焼反応を利用し，大推力小型宇宙機用推進機の実現を目的としている．昨年度の水蒸気流れ場中での燃焼実験の結果は国際学会であるSmall Satellite Conferenceにて発表するとともに，論文としてまとめ投稿した．本論文は現在査読中である．今年度の研究の推進方策では「流れ中での粉体挙動の解明」に焦点を当てることとしていた．本件に関して，今年度はおおむね順調な進捗を得ている．2022年中に粉体供給装置を構築し，担体ガスと粉体金属の質量／体積流量比を明らかにした．加えて，数値計算によるシミュレーションを行い，燃焼室へ供給された担体ガスおよび粉体金属の挙動を明らかにした．これらの結果により，燃焼室中への粉体供給方法は燃焼に寄与する粉体金属質量分率に大きく影響し，ひいては燃焼圧力や燃焼効率を大きく左右することが分かった．供給方法や燃焼室内部粉体挙動を制御することで推進性能の向上が可能であることが明らかになった．さらに研究代表者および受入研究者の尽力によりチューリッヒ応用科学大学との共同研究を発足させた．この共同研究により，一層の進捗が期待される．学会での質疑応答や論文査読者とのやりとりを踏まえ，今年度は実機製作を見据えた1L以下の小型燃焼室による燃焼実験の実験系を構築し初期作動を行った．この初期作動により，イグナイタ位置が燃焼圧力に大きな影響を及ぼすことが明らかになった．将来的な実機設計の大きな手掛かりを得た．