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

点击翻译按钮获取中文摘要

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．