ダクテッドロケット2次燃焼室における噴射炎特性:B(ホウ素)粒子の効果

Abstract

ロケットエンジンは超音速飛翔体に用いられるが、空気を利用することが出来ないため、大気中の飛行時の効率は悪い。これに対して、超音速飛行時に発生する衝撃波によって圧縮された空気と燃料を燃焼させるラムジェットは大気中の超音速飛行に適している。ダクテッドロケットはラムジェットの1種で、燃料を1次燃焼によって高温状態で供給することで2次燃焼室が高温に保たれ、高い燃焼効率が得られる。ダクテッドロケットを超音速まで加速させる固体ロケットモーターは2次燃焼室内部に装填されるため、高速流中で火炎を保持する機械的な保炎装置を設置することは難しい。そこで、燃料を含んだ高温ガスがノズル直後で空気と再燃焼する2次火炎に着目した。2次火炎は火炎をインジェクタノズル付近で火炎を保持することによって燃焼を促進し、2次燃焼室を短縮することができる。ダクテッドロケットの固体燃料には、性能を向上する燃焼熱が高いB(ホウ素)粒子が多量に混合される。しかし、B粒子の着火・燃焼性は悪く、酸化膜を取り除き短時間で完全燃焼させるためには融点である2,350K以上の高温雰囲気が必要であると報告されている。2次火炎はインジェクタノズル後方にB粒子の燃焼に必要な高温領域を形成し、B粒子の燃焼を促進できると考えられる。固体燃料にB粒子を混合した場合、燃料ガスは多量のB粒子を伴って噴射されるため、B粒子が2次火炎に及ぼす影響を求める必要がある、そこで本研究では、B粒子を混合した場合の噴射炎特性を実験的に検討した。