著者

岩田 和也 松山 新吾 小島 淳 布目 佳央 川島 秀人 丹野 英幸 水書 稔治

出版者

一般社団法人 日本燃焼学会

雑誌

日本燃焼学会誌 (ISSN:13471864)

巻号頁・発行日

vol.62, no.200, pp.94-102, 2020 (Released:2020-06-13)

参考文献数

24

---

Japan Aerospace Exploration Agency has now been working to understand detailed morphologies of detonation wave encountered in Rotating Detonation Rocket Engine (RDRE), which is one of the most potential engine concepts for light-weight and compact rocket system, and to investigate how they influence thrust performance and operational stability of the engine. Combustion experiments of an annular RDRE propelled by gaseous methane and oxygen were conducted to measure thrust performance and to visualize detonation propagation and CH*/OH* chemiluminescence, from which specific thrust was revealed close to the theoretical value with stable propagation modes, and without throat contraction. CH* chemiluminescence also indicated deflagrative combustion anchoring at the injection plane, which could partly explain the performance degradation in a configuration with throat. Experimentally observed detonation velocity ranged 45-75 % of Chapman-Jouguet (C-J) velocity, which was partly confirmed to be induced by incomplete mixing from the results of two/three-dimensional simulation employing detailed chemical kinetics. However, numerically predicted velocity was higher by several tens of percentage, indicating potential influence of thermal/viscous loss to the confinement. Overall, physical insight was achieved into non-ideal behavior of detonation including strongly curved wave front induced by incomplete mixing and our findings emphasizes a need for better mixing techniques to achieve more ideal characteristics of detonation.

著者

水書 稔治 ハラルド クライネ 片山 雅英 高山 和喜

出版者

社団法人 可視化情報学会

雑誌

可視化情報学会論文集

巻号頁・発行日

vol.22, no.10, pp.79-86, 2002

被引用文献数

2

---

本論文は,実験室内で発生可能な微小爆発を利用した大規模爆発のアナログ実験手法開発に向けた基礎研究として,微小爆薬で発生させた衝撃波の初期伝播様態を可視化計測と数値解析を用いて検討し,球状衝撃波が得られるまでの伝播様態を詳細に明らかにした. 微小爆発は,アジ化銀ペレット(AgN₃,直径1.5 mm,長さ1.5 mm,質量10 mg)のレーザ起爆で発生させた. 可視化手法は,方向指標型カラーシュリーレン法(Direction-Indicating Color Schlieren method: DICS)である. DICSは,従来型のカラーシュリーレン法と異なり,可視化面の密度こう配ベクトルを色分布として表現する特長を持つ. 起爆方法に関しては,光ファイバ経由でレーザ光を微小爆薬に伝達する方法と空中で直接照射する方法により計4種類の起爆様式を検討した. これらにより発生初期(起爆後180 μs)の衝撃波をそれぞれ計測した. その結果,ペレットから発生する爆発生成気体噴流が,衝撃波形状に強く影響を与えていることを確認した. そこで,噴流発生の支配要因としてペレット形状と起爆点に着目し,実験と数値解析で考察した. 実験は,10 mgペレットを砕いて作成した質量 500 μgの不定形アジ化銀微小片をレーザ起爆し,超高速フレームカメラを用いた連続撮影法で発生した衝撃波の伝播様態の可視化計測を行った. その結果,不定形アジ化銀の起爆では,噴流が衝撃波に影響を与えないことを確認した. 次に,起爆点の影響を衝撃解析コード(AUTODYN-2D)で評価した結果,衝撃波形状及び反応生成気体噴流形状など,可視化計測での観測結果とよく一致する結果を得た. さらに,衝撃波が受けた影響(形状の歪み等)は,伝播するにつれ小さくなり,中心から距離約120 mm 以遠では,完全な球状衝撃波を形成することを確認した.