JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
47410000.pdf4.15 MB
title環境適合型推進剤のレーザー着火特性:GO2/GH2およびGO2/GCH4推進剤
Other TitleLaser ignition characteristics on green propellants: GO2/GH2 and GO2/GCH4 propellants
Author(jpn)日下 和夫; 佐藤 政裕; 只野 真; 長谷川 恵一; 熊川 彰長; 高橋 秀明; 中島 昭二
Author(eng)Kusaka, Kazuo; Sato, Masahiro; Tadano, Makoto; Hasegawa, Keiichi; Kumakawa, Akinaga; Takahashi, Hideaki; Nakajima, Shoji
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部; コスモテック; 三菱重工業 長崎研究所
Author Affiliation(eng)Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space Technology and Aeronautics; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space Technology and Aeronautics; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space Technology and Aeronautics; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space Technology and Aeronautics; Japan Aerospace Exploration Agency Institute of Space Technology and Aeronautics; Cosmotec Co. Ltd.; Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Research & Development Center
Issue Date2004-03-25
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
宇宙航空研究開発機構
Publication date2004-03-25
Languagejpn
AbstractFuture rocket engine systems will require more reliable ignition systems than conventional spark plugs. RCS (Reaction Control Systems) in particular with their multiple thrusters will require the most reliable and durable ignition systems. Laser ignition may be an option for such systems. Gaseous oxygen (GO2)/gaseous hydrogen (GH2) and GO2/gaseous methane (GCH4) were selected as green propellants, due to the environmental and handling problems of conventional propellants ordinarily used for RCS, such as hydrazine and NTO/MMH. A high-intensity laser pulse focused on the target surface generates a high-temperature metal vapor and causes ignition of the mixture gas. In the experiment, a YAG pulse laser ignition system was used to ignite a small thruster (with an inner diameter of 1 cm). It was found that the ignition energy decreases as the chamber pressure increases as the result of single-pulse tests, the minimum ignition energy was lower than 2 mJ, and at the optimum chamber pressure and mixture ratio, GO2/GH2 mixture gas and GO2/GCH4 mixture gas can be ignited at 30 micro-J and 230 micro-J, respectively. This means that fiber-optic transmitted laser ignition can be applied to both GO2/GH2 and GO2/GCH4 propellants. One hundred cyclic pulse mode operation was also successfully demonstrated for the RCS.
従来、姿勢制御エンジン(RCS、Reaction Control System)などには、着火性に優れたヒドラジンや4酸化2窒素/モノメチルヒドラジンなどが用いられてきた。これらの推進剤は毒性が強く、環境や作業性に問題があることから、将来的には、環境に優しく、無毒な酸素/水素や酸素/メタンなどの採用が望まれている。ここでは環境適合型推進剤としてガス酸素(GO2)/ガス水素(GH2)とGO2/ガスメタン(GCH4)を選定し、レーザーアブレーションを用いて着火する方法について検討を行った。本方式は、高強度のレーザーパルスを光ファイバーにより伝送し、金属ターゲト材表面に照射し、金属から発生する高温蒸気によって推進剤混合ガスに着火させるものである。ここでは、Nd:YAGパルスレーザーおよび小推力スラスタ(燃焼器内径1cm)を用いて着火の可能性について検討した。実験から、2mJ以下のエネルギーで着火が可能であり、最適混合比でガス酸素(GO2)/ガス水素(GH2)では30μJ、GO2/ガスメタン(GCH4)は230μJであった。このことから光ファイバーによるレーザー着火は可能である。また、燃焼器内初期圧力を高くすればその値は減少することが分かった。さらに、RCSを用いた100回のパルス作動試験も成功した。
DescriptionJAXA Research and Development Report
宇宙航空研究開発機構研究開発報告
Keywordsrocket engine; air pollution; laser ignition; laser ablation; green propellant; hydrogen; methane; oxygen; ロケットエンジン; 大気汚染; レーザー着火; レーザーアブレーション; 環境適合型推進剤; 水素; メタン; 酸素
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
ISSN1349-1113
SHI-NOAA0047410000
Report NoJAXA-RR-03-018
URIhttps://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/48985


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