JPWO2006126397A1 - Two-component liquid propellant, flying object propulsion method and propulsion device - Google Patents
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Abstract
触媒を用いず着火燃焼を行うことができる二液式液体推進薬、飛行体推進方法および推進機を提供する。二液式液体推進薬は、酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレート水溶液をおよび燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いる。飛行体推進方法は、液体推進薬の一部をプラズマ化して高温ガス化し、液体推進薬の残部とコンストリクタで混合して着火燃焼し、燃焼ガスをノズルから吐出することで推進力を得る。Provided are a two-component liquid propellant that can perform ignition combustion without using a catalyst, a flying object propulsion method, and a propulsion device. As the two-component liquid propellant, one or two or more kinds selected from an aqueous hydroxylammonium nitrate solution as an oxidizing agent and an ether as a fuel are used. In the flying object propulsion method, a part of the liquid propellant is converted into plasma and gasified at a high temperature, mixed with the remainder of the liquid propellant by a constructor, ignited and burned, and the propelling force is obtained by discharging the combustion gas from a nozzle.
Description
本発明は、人工衛星等の飛行体に搭載される推進機に供する二液式液体推進薬、飛行体推進方法および推進機に関する。 The present invention relates to a two-component liquid propellant for use in a propulsion device mounted on an aircraft such as an artificial satellite, an aircraft propulsion method, and a propulsion device.
現在、人工衛星に搭載されている小型推進機(スラスタ)は、長期保存可能で、かつ推進薬を分解するために用いられる例えばイリジウム系触媒等の触媒による着火性能が良好なヒドラジンあるいはヒドラジンとその誘導体の混合物からなる一液式推進薬を推進源に用いることが一般的である(例えば、非特許文献1参照)。ここで、上記ヒドラジン誘導体は非対称ジメチルヒドラジン(UDMH)あるいはモノメチルヒドラジン(MMH)である。なお、一液式推進薬とは触媒作用、加熱、加圧などによって反応して高温ガスを発生する単一物質、あるいは混合物の液体をいう Currently, small propulsion devices (thrusters) mounted on artificial satellites are hydrazine or hydrazine that can be stored for a long period of time and have good ignition performance with a catalyst such as an iridium catalyst used to decompose the propellant. Generally, a one-component propellant composed of a mixture of derivatives is used as a propulsion source (for example, see Non-Patent Document 1). Here, the hydrazine derivative is asymmetric dimethylhydrazine (UDMH) or monomethylhydrazine (MMH). The one-component propellant refers to a single substance or a mixture of liquids that generate a high-temperature gas by reacting by catalytic action, heating, pressurization, or the like.
しかしながら、ヒドラジンは非常に毒性が強く、その取り扱いに特に注意が必要なため、作業効率が極端に悪くなるという問題がある。 However, hydrazine is very toxic and requires special attention in its handling, so there is a problem that work efficiency becomes extremely poor.
そこで、ヒドラジンに代わる新たな低毒性推進薬として、ヒドラジン同様に触媒による着火が可能なHAN系一液式推進薬の利用が検討されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、HANとはヒドロキシルアンモニウムナイトレート(Hydroxyl
Ammonium Nitrate)の略称であり、HAN系とはHANに水とトリエタノールアンモニウムまたはアルコールなどを混合したものをいう。
HAN系一液式推進薬は長期保存可能であるとともに毒性が低く、さらにヒドラジン一液式推進薬よりも高性能である。
(Ammonium Nitrate) is an abbreviation for HAN, and HAN is a mixture of water and triethanolammonium or alcohol.
HAN-based one-component propellants can be stored for a long time, have low toxicity, and have higher performance than hydrazine one-component propellants.
しかしながら、上記従来のHAN系一液式推進薬は触媒による着火性能が悪く、また燃焼温度が高いため触媒を劣化させやすいという問題がある。 However, the conventional HAN-based one-component propellant has a problem that the ignition performance by the catalyst is poor, and the combustion temperature is high, so that the catalyst is easily deteriorated.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、触媒以外の方法で着火を行うことができる二液式液体推進薬、飛行体推進方法および推進機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a two-component liquid propellant that can be ignited by a method other than a catalyst, a flying object propulsion method, and a propulsion device.
本発明に係る二液式液体推進薬は、酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレート水溶液をおよび燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いることを特徴とする。 The two-component liquid propellant according to the present invention is characterized by using a hydroxylammonium nitrate aqueous solution as an oxidizing agent and one or more selected from ethers as a fuel.
また、本発明に係る二液式液体推進薬は、前記エーテル類がジメチルエーテルであることを特徴とする。 The two-component liquid propellant according to the present invention is characterized in that the ether is dimethyl ether.
また、本発明に係る飛行体推進方法は、酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレートを、および燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いた液体推進薬の一部にエネルギを供給して高温ガス化し、該液体推進薬の残部とコンストリクタ内で混合して着火燃焼し、燃焼ガスをノズルから吐出することで推進力を得ることを特徴とする。 Further, the aircraft propulsion method according to the present invention provides energy to a part of the liquid propellant using hydroxylammonium nitrate as the oxidizer and one or more selected from ethers as the fuel. It is characterized in that it is supplied into a high-temperature gas, mixed with the remainder of the liquid propellant in a constructor, ignited and burned, and a propelling force is obtained by discharging the combustion gas from a nozzle.
また、本発明に係る飛行体推進方法は、アーク放電により前記液体推進薬の一部をプラズマ化してエネルギを供給することを特徴とする。 In addition, the flying object propulsion method according to the present invention is characterized in that a part of the liquid propellant is turned into plasma by arc discharge to supply energy.
また、本発明に係る飛行体推進方法は、前記推進薬の燃料が有する蒸気圧を利用して、推進薬のうちの少なくとも燃料を燃焼室に圧送することを特徴とする。 In addition, the flying object propulsion method according to the present invention is characterized in that at least the fuel of the propellant is pumped to the combustion chamber using the vapor pressure of the propellant fuel.
また、本発明に係る推進機は、プラズマジェット発生部と、該プラズマジェット発生部に接続して設けられる燃焼室と、該燃焼室に接続して設けられるノズルとを備えた推進機であって、該プラズマジェット発生部が、上流側空間に酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレートを、および燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いた液体推進薬のうちの揮発性燃料を導入する第1の導入口と、該上流側空間でアーク放電を行うアーク放電部と、コンストリクタ内に液体推進薬の残部を導入する第2の導入口を有することを特徴とする。 The propulsion device according to the present invention is a propulsion device including a plasma jet generation unit, a combustion chamber provided in connection with the plasma jet generation unit, and a nozzle provided in connection with the combustion chamber. The plasma jet generator is a volatile fuel in a liquid propellant using hydroxylammonium nitrate as an oxidant in the upstream space and one or more selected from ethers as fuel. And a second introduction port for introducing the remaining portion of the liquid propellant into the constrictor.
本発明に係る二液式液体推進薬は、酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレートをおよび燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いるため、また、本発明に係る飛行体推進方法は、液体推進薬の一部にエネルギを供給して液体推進薬を分解するとともに高温ガス化させ、液体推進薬の残部と混合して着火燃焼し、生成する燃焼ガスをノズルから吐出することで推進力を得るため、触媒を用いずに推進薬の着火燃焼を行うことができる。 The two-component liquid propellant according to the present invention uses hydroxylammonium nitrate as the oxidant and one or more selected from ethers as the fuel, respectively, and the vehicle propulsion according to the present invention The method supplies energy to a part of the liquid propellant, decomposes the liquid propellant and gasifies it at high temperature, mixes with the rest of the liquid propellant, ignites and burns, and discharges the generated combustion gas from the nozzle Therefore, the propellant can be ignited and burned without using a catalyst.
1 陽極
2 陰極
3 放電用電源装置
4 第1の導入路
5 コンストリクタ
6 第2の導入路
7 燃焼室
8 圧力測定口
9 推進機
10 冷却器
11 ノズルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode 2 Cathode 3 Discharge power supply device 4
本発明の好適な実施の形態について、以下に説明する。
まず、本発明に係る二液式液体推進薬について、以下に説明する。
本発明に係る二液式液体推進薬は、酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレート水溶液(以下、これをHAN水溶液と表記することがある。)を、および燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いる。
ここで、二液式とは、一液式との対比で用い、酸化剤であるHAN水溶液と燃料である後述するエーテル類を別々に供給し、燃焼室で混合させ着火を行うものをいう。A preferred embodiment of the present invention will be described below.
First, the two-component liquid propellant according to the present invention will be described below.
The two-component liquid propellant according to the present invention is one or two selected from a hydroxylammonium nitrate aqueous solution (hereinafter sometimes referred to as HAN aqueous solution) as an oxidizing agent and an ether as a fuel. Use more than seeds, respectively.
Here, the two-component type is used in comparison with the one-component type, and separately supplies an HAN aqueous solution that is an oxidant and an ether that will be described later as a fuel, and mixes them in a combustion chamber to perform ignition.
酸化剤としてのHANは水に対して非常に高濃度まで溶解する性質を持っていることから液体酸化剤として取り扱うことが可能であり、その濃度は80〜88質量%濃度が好ましい。なぜならHAN水溶液はHANの濃度が高すぎると、衝撃や圧力が水溶液に加わったときにHANが析出する等、溶液として不安定となり、逆にHANの濃度が薄すぎる場合は溶液中の水の増加に伴い推進性能が低下するからである。しかしこれは推進薬に用いるHAN水溶液の濃度範囲を限定するものではない。
HANは、蒸気圧が低いため、タンクに貯留する際も推進機に導入する際も液体状態で取り扱われる。Since HAN as an oxidant has a property of dissolving in water to a very high concentration, it can be handled as a liquid oxidant, and the concentration is preferably 80 to 88% by mass. Because, if the HAN concentration is too high, HAN will precipitate when impact or pressure is applied to the aqueous solution, and the solution will become unstable. Conversely, if the HAN concentration is too low, the water in the solution will increase. This is because the propulsion performance is lowered. However, this does not limit the concentration range of the HAN aqueous solution used for the propellant.
Since HAN has a low vapor pressure, it is handled in a liquid state when stored in a tank or when introduced into a propulsion unit.
燃料としてのエーテル類は、特に限定するものではないが、例えばジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルビニルエーテル等を挙げることができる。このうち、常温常圧で気体状態であるジメチルエーテル、エチルメチルエーテルが好ましく、さらに沸点が−24.8℃と低いジメチルエーテル(以下、これをDMEと表記することがある。)がより好ましい。
なお、必要に応じて、燃料として天然ガスや石油ガスを併用してもよい。Ethers as the fuel are not particularly limited, and examples thereof include dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, and ethyl vinyl ether. Among these, dimethyl ether and ethyl methyl ether which are in a gaseous state at normal temperature and pressure are preferable, and dimethyl ether having a boiling point as low as −24.8 ° C. (hereinafter sometimes referred to as DME) is more preferable.
If necessary, natural gas or petroleum gas may be used as fuel.
エーテル類は、推進機において、例えば、25℃の温度、0.6MPaの圧力条件下で液化状態でタンク等に貯留され、使用に供される。 The ethers are stored in a tank or the like in a liquefied state in a propulsion unit, for example, at a temperature of 25 ° C. and a pressure of 0.6 MPa, and are used.
HANとエーテル類の比率は高い発熱量を得る観点から化学当量比付近が好ましい。ただし、推進薬としての作動上は比率を広範囲に選択でき、例えば、HAN/エーテル類(モル比)=1.5〜3とすることができる。 The ratio of HAN to ethers is preferably near the chemical equivalent ratio from the viewpoint of obtaining a high calorific value. However, in operation as a propellant, the ratio can be selected in a wide range, for example, HAN / ethers (molar ratio) = 1.5-3.
例えば酸化剤にHAN、燃料にDMEを用いた場合の化学量論的反応式は以下である。
C2H6O+3NH3OHNO3→2CO2+9H2O+3N2
(1)
上記反応式(1)におけるDMEとHANの化学量論比は質量比で、下記(2)式のようになる。
DME:HAN = 13.8:86.2 (2)For example, the stoichiometric reaction formula when HAN is used as the oxidant and DME is used as the fuel is as follows.
C 2 H 6 O + 3NH 3 OHNO 3 → 2CO 2 + 9H 2 O + 3N 2
(1)
The stoichiometric ratio of DME and HAN in the above reaction formula (1) is a mass ratio, as shown in the following formula (2).
DME: HAN = 13.8: 86.2 (2)
つぎに、本発明に係る飛行体推進方法について、以下に説明する。
本発明に係る飛行体推進方法は、液体推進薬のうちの揮発性燃料であるエーテル類にエネルギを供給して高温ガス化し、生成する高温ガスを、液体推進薬の残部とコンストリクタ内で混合して着火燃焼し、燃焼ガス(燃焼生成ガス)をノズルから吐出することで推進力を得る。
本発明に係る飛行体推進方法において、液体推進薬は、上記した本発明に係る二液式液体推進薬を好適に用いることができるが、これに限らず、例えば、HAN/LNG,HAN/LPG等の液体推進薬を用いることもできる。
以下、本発明に係る二液式液体推進薬を用いる場合を例にとって説明する。Next, the aircraft propulsion method according to the present invention will be described below.
The flying object propulsion method according to the present invention supplies energy to ethers, which are volatile fuels among liquid propellants, to produce high-temperature gas, and mixes the generated high-temperature gas with the rest of the liquid propellant in the constructor. Then, it is ignited and combusted, and a propelling force is obtained by discharging combustion gas (combustion product gas) from the nozzle.
In the flying object propulsion method according to the present invention, the liquid propellant can preferably use the above-described two-component liquid propellant according to the present invention, but is not limited thereto, for example, HAN / LNG, HAN / LPG A liquid propellant such as can also be used.
Hereinafter, the case where the two-component liquid propellant according to the present invention is used will be described as an example.
ここで、本発明に係る飛行体推進方法に好適に用いることができる、本発明に係る推進機について、図1を参照して説明する。
推進機9は、プラズマジェット発生部と、プラズマジェット発生部に接続して設けられる燃焼室7と、燃焼室7に接続して設けられるノズル11とを備える。
プラズマジェット発生部は、上流側(図1中、右側)にコンストリクタ(ノズルのスロート)5に向けて縮小するほぼコーン状に形成される上流空間を有する。プラズマジェット発生部の上流側空間に連通して推進薬のうちの揮発性燃料であるDMEを導入する第1の導入口4が設けられる。プラズマジェット発生部は、陽極1と、陽極1の中心側にあるコンストリクタ5に向けて上流側空間内を延出する陰極2と、陽極1と陰極2の間に高電圧を印加する放電用電源装置3とを備える。また、プラズマジェット発生部は、コンストリクタ5に連通して推進薬の残部を導入する第2の導入口6を有する。なお、図1中、参照符合8は圧力測定口を示す。また、図1中、参照符合10で示す冷却器は、実験装置の安全対策として設けているものであり、実機においては必須ではない。
陽極1および陰極2は、それぞれ、例えばタングステン、モリブデンあるいは炭素で形成される。放電用電源装置3は例えば3kW以下程度の放電条件で放電を行う。Here, a propulsion device according to the present invention that can be suitably used in the flying object propulsion method according to the present invention will be described with reference to FIG.
The propulsion device 9 includes a plasma jet generator, a combustion chamber 7 provided in connection with the plasma jet generator, and a
The plasma jet generating section has an upstream space formed in a substantially cone shape that shrinks toward the constructor (nozzle throat) 5 on the upstream side (right side in FIG. 1). A first inlet 4 is provided which communicates with the upstream space of the plasma jet generator and introduces DME which is a volatile fuel of the propellant. The plasma jet generating unit is for discharge that applies a high voltage between the anode 1, the cathode 2 extending in the upstream space toward the
The anode 1 and the cathode 2 are each formed of, for example, tungsten, molybdenum, or carbon. The discharge power supply device 3 performs discharge under a discharge condition of about 3 kW or less, for example.
第1の導入口4は、制御弁を介してDMEを貯留するタンクに接続される(図示せず。)。DMEは、高い蒸気圧を有するため、加圧手段を用いることなく第1の導入口4に導入することができる。まタンク中のDMEは、例えば圧力0.6MPa、温度298Kに保持され、液状となっている。
第2の導入路6は、制御弁を介してHANを貯留するタンクに接続される(図示せず。)。HAN水溶液の加圧はDMEで行い、この蒸気圧をもって第2の導入路6からからコンストリクタ5内にHAN水溶液を供給する。タンク中のHANは、例えば温度298Kで0.1MPa以下の圧力に保持され、液状となっている。DMEは、高い蒸気圧を有するため、加圧手段を用いることなく第1の導入路4に導入することができる。また、HAN水溶液の加圧はDMEで行い、この蒸気圧をもって第2の導入路6から供給する。また、第1の導入口4および第2の導入路6のそれぞれにHANおよびDMEのそれぞれの一部を供給してもよい。
なお、推進薬として、エーテル以外の例えばエタノール・メタノール等の比較的高沸点化合物、言い換えれば蒸気圧の低い化合物を用いる場合は、必要に応じて、推進薬をノズルの空間部に供給するための、例えばHeなどの推進薬加圧用タンク等の加圧手段を備える。The first inlet 4 is connected to a tank that stores DME via a control valve (not shown). Since DME has a high vapor pressure, it can be introduced into the first inlet 4 without using a pressurizing means. The DME in the tank is maintained in a pressure of 0.6 MPa and a temperature of 298 K, for example, and is in a liquid state.
The second introduction path 6 is connected to a tank for storing HAN via a control valve (not shown). The HAN aqueous solution is pressurized by DME, and the HAN aqueous solution is supplied from the second introduction path 6 into the
In addition, when using a relatively high boiling point compound other than ether, such as ethanol and methanol, in other words, a compound having a low vapor pressure as the propellant, if necessary, the propellant is supplied to the nozzle space. For example, a pressurizing means such as a tank for pressurizing a propellant such as He is provided.
本発明に係る飛行体推進方法は、真空に近い圧力下にあるプラズマジェット発生部の陽極1および陰極2の空間部に、制御弁を介して液体推進薬の一部、この場合、DMEをガス化して第1の導入路4より供給する。このとき、高圧状態で貯留されていたDMEは自身の圧力でプラズマジェット発生部の空間部に噴出する。 The aircraft propulsion method according to the present invention gasifies a part of liquid propellant, in this case, DME, through a control valve in the space of the anode 1 and the cathode 2 of the plasma jet generator under a pressure close to vacuum. And supplied from the first introduction path 4. At this time, the DME stored in the high pressure state is jetted into the space portion of the plasma jet generating portion with its own pressure.
プラズマジェット発生部の陽極1および陰極2の空間部において、DMEの気化ガスにエネルギが供給され、気化ガスが高温ガス化される。 In the space between the anode 1 and the cathode 2 of the plasma jet generating part, energy is supplied to the vaporized gas of the DME, and the vaporized gas is gasified at a high temperature.
このとき、エネルギを供給して液体推進薬の一部を高温ガス化する手段として、好ましくは、アーク放電を用いる。これにより、液体推進薬の一部を、例えば数千K程度の高温ガスとすることができる。ただし、これに限らず、熱化学的効果を発現することができる高周波放電等の適宜の手段を用いてもよい。ここで、熱化学的効果とは、プラズマに含まれるラジカル等が反応速度を上昇させるとともに、プラズマ自体が非常に高温なため反応速度が上昇する効果をいう。
なお、アーク放電の電力源は、例えばアーク溶接機に使用される直流電源装置等を用いることができる。
プラズマ化したDMEは、コンストリクタ5で熱的ピンチ効果によりガスジェット化される。一方、コンストリクタ5内に第2の導入口6から液体推進薬の残部を供給する。上記の二液構成では、液体推進薬の残部はHAN水溶液である。燃焼室内において、プラズマの熱化学的な効果により推進薬は着火され、燃焼する。生成される燃焼ガスはノズルを介して外部に噴出することにより、推進力が得られる。At this time, arc discharge is preferably used as means for supplying energy and gasifying a part of the liquid propellant at a high temperature. Thereby, a part of liquid propellant can be made into high temperature gas of about several thousand K, for example. However, the present invention is not limited to this, and an appropriate means such as a high frequency discharge that can exhibit a thermochemical effect may be used. Here, the thermochemical effect means an effect of increasing the reaction rate because radicals contained in the plasma increase the reaction rate and the plasma itself is very high temperature.
For example, a DC power supply device used in an arc welding machine can be used as the arc discharge power source.
The plasma-formed DME is gas-jetted by the
以上説明した本発明に係る二液式液体推進薬および飛行体推進方法および推進機によれば、高温ガスにより着火燃焼し、推進力を得るため、推進薬を着火するための触媒を用いずに着火燃焼を行うことができる。 According to the two-component liquid propellant and the flying object propulsion method and the propulsion device according to the present invention described above, the catalyst for igniting the propellant is used without igniting and burning by the high temperature gas to obtain propulsion Ignition combustion can be performed.
また、本発明に係る飛行体推進方法および推進機は、推進薬の着火後も外部から推進薬の一部へのエネルギ供給を連続的に行うことで推進機の比推力等を操作、変更することができる。推進薬から得られる反応熱に加え、放電等の方法でエネルギを外部から得た燃焼ガスは、反応熱のみを得た燃焼ガスよりも高エンタルピ状態となるため、燃焼ガスの排気速度は前者の方が大きくなり後者に比べ比推力は向上する。 Further, the flying object propulsion method and the propulsion unit according to the present invention operate and change the specific thrust of the propulsion unit by continuously supplying energy to a part of the propellant from the outside even after the propellant is ignited. be able to. In addition to the reaction heat obtained from the propellant, the combustion gas obtained from the outside by a method such as discharge is in a higher enthalpy state than the combustion gas obtained only from the reaction heat. The specific thrust is improved compared to the latter.
(実施例1)
酸化剤としてHAN水溶液(HAN濃度83.6質量%)を、燃料としてDMEを用いた組み合わせによる推進薬の着火試験を図1の試作推進機を用い、化学当量比、放電電力をそれぞれ実験ごとに毎回条件を変えながら行った。
ここで、HAN水溶液は、50質量%ヒドロキシルアミン水溶液を冷却攪拌下に、反応温度を約5℃に保つように硝酸の滴下速度を調整しながら、60質量%硝酸を滴下しながら調製して、反応後、反応液の水分を調整して、HANを上記の濃度(83.6質量%)にした。ここで、ヒドロキシルアミン、硝酸、DMEは市販の試薬を用いた。
試作推進機は、ノズル状の陽極1と陰極2の間に放電用電源装置3により放電電力量2.5kW/Hでアーク放電を付加することで、燃量供給口4から自身の有する蒸気圧により圧送されて供給されたDMEが加熱される。そして、加熱により得られた高エンタルピ気体状態のDMEアークジェットに、コンストリクタ5内で酸化剤供給口6からDMEの有する蒸気圧で供給されるHAN水溶液と混合させたところ、推進薬の着火を燃焼室7において確認した。このときのHAN水溶液の流量は7.5mL/min、DMEの流量は7.5NL/min、化学当量比φ=1であり、圧力測定孔8から測定した燃焼室圧力は約0.2MPaであった。(Example 1)
The propellant ignition test using a combination of HAN aqueous solution (HAN concentration 83.6% by mass) as the oxidizer and DME as the fuel was performed using the prototype propulsion unit shown in Fig. 1, and the chemical equivalent ratio and discharge power were measured for each experiment. It was done while changing the conditions every time.
Here, the HAN aqueous solution was prepared by dropping 60% by mass nitric acid while adjusting the dropping rate of nitric acid so as to keep the reaction temperature at about 5 ° C. while cooling and stirring the 50% by mass hydroxylamine aqueous solution, After the reaction, the water in the reaction solution was adjusted so that HAN had the above concentration (83.6% by mass). Here, commercially available reagents were used for hydroxylamine, nitric acid, and DME.
The prototype propulsion device applies an arc discharge at a discharge power of 2.5 kW / H between the nozzle-like anode 1 and the cathode 2 by the discharge power supply device 3, thereby having its own vapor pressure from the fuel supply port 4. The DME fed and fed by is heated. When the DME arc jet in a high enthalpy gas state obtained by heating was mixed with the HAN aqueous solution supplied at the vapor pressure of the DME from the oxidant supply port 6 in the
(実施例2)
化学平衡計算を行うことで、外部からのエネルギ付加による推進機性能の変化を解析した。推進機性能は、燃焼室温度Tc、特性排気速度C*、推力係数Cfおよび比推力Ispの各指標で評価した。
解析結果を図2に示す。図2中、横軸に、外部からのエネルギ付加(投入電力量:単位kW)の推進薬理論発熱量(単位kW)に対する比(投入電力量/推進薬理論発熱量)Rをとり、縦軸に、推進機性能の各指標をとった。このとき、燃焼室圧力Pc=0.4MPa、出口圧力Pe=0.01MPa、Pc/Pe=40、ノズルスロート直径Dt=3mm、化学当量比φ=1、HAN:水=80重量:20重量を条件とした。図2より、投入電力量あるいは投入電力比率の増加に伴って、燃焼室温度Tc、特性排気速度C*および比推力Ispが高くなることがわかる。(Example 2)
By performing chemical equilibrium calculations, changes in propulsion unit performance due to external energy addition were analyzed. The propulsion device performance was evaluated using the indices of the combustion chamber temperature Tc, the characteristic exhaust speed C *, the thrust coefficient Cf, and the specific thrust Isp.
The analysis results are shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the ratio (input power amount / propellant theoretical heat value) R of the external energy addition (input power amount: unit kW) to the propellant theoretical heat value (unit kW), and the vertical axis In addition, each index of propulsion device performance was taken. At this time, combustion chamber pressure Pc = 0.4 MPa, outlet pressure Pe = 0.01 MPa, Pc / Pe = 40, nozzle throat diameter Dt = 3 mm, chemical equivalent ratio φ = 1, HAN: water = 80 weight: 20 weight Condition. 2 that the combustion chamber temperature Tc, the characteristic exhaust speed C *, and the specific thrust Isp increase as the input power amount or input power ratio increases.
Claims (6)
該プラズマジェット発生部が、上流側空間に酸化剤にヒドロキシルアンモニウムナイトレート水溶液を、および燃料にエーテル類から選ばれた1種または2種以上を、それぞれ用いた液体推進薬のうちの揮発性燃料を導入する第1の導入口と、該上流側空間でアーク放電を行うアーク放電部と、コンストリクタ内に液体推進薬の残部を導入する第2の導入口を有することを特徴とする推進機。A propulsion device comprising a plasma jet generator, a combustion chamber provided connected to the plasma jet generator, and a nozzle provided connected to the combustion chamber,
Volatile fuel among liquid propellants in which the plasma jet generator uses an aqueous solution of hydroxylammonium nitrate as an oxidizing agent in the upstream space and one or more selected from ethers as fuel. A propulsion device comprising: a first introduction port for introducing gas; an arc discharge portion for performing arc discharge in the upstream space; and a second introduction port for introducing the remainder of the liquid propellant into the constructor. .
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