5.1BP‑20ト ー チ 燃 焼 実 験 考 察
#5か ら#21の 各 デ ー タに つ い て 電 磁 弁 が 開 く とPc,Mf、M。 は ピー ク が 立 ち そ の 後 緩 や か に 安 定 す る.
Mf,M。 に ピ ー ク が 寸1二っ の は60wt%過 酉食化 水 素 水 や エ タ ノ ー ル が 空 の 配 管:内 を †翻 弦姦弁 の 開 と と も に 一気 に 流 れ て い く た め に 立 つ も の で あ り,以 前 に 行 っ たBP‑04燃 焼 試 験 で も 立 っ て い た.し か し,Pcの ヒ'一
ク が)'/:Dと い う現 象 は 過 去 の 一液 式 推 進 系 曜ξ射 試 験 や=液 式 推 進 系 の 燃 焼 実 験 で は 確 認 さ れ て い な い.
ノ ズ ル か ら 出 る 下流 方 向 に 鋭 い 火 炎 を 日 視 で 確 認 で き た の は す べ て 電 磁 弁 が 開 い て か ら 数 秒 程 度 で あ り,r流 方 向 へ の 鋭 い 火 炎 も今 ま で 目視 で 確 認 し た こ と は な い の で,Pcの ピ ー ク と ド流 へ の 鋭 い 火 炎 の 関 係 が あ る と 考 え られ る.kた,Pcの 計 測 を して い る 圧 力 計 ぱ 最 大 で1100kPaGま で で あ り,Pcu)ピ'一 ク は 計 測 範 囲 を こ え て い る た め,正 常 に 計 測 され て い な い.
ま た,BP‑20ト ー チ 燃 焼 実 験 で はPcが 後 述 す る 臨 界 圧 力 を ピー ク で は な く ・1']均で 超 え た こ と も過 去 の
=液 式 推 進 系 の 燃 焼 実 験 で は 確 認 され て お らず 初 め て の 成 果 と な る,
一方 で,i昆 度 はBP‑04で は エ タ ノー ル の 断 熱 火 炎 温 度 で あ る 約180eKま でh昇 し15秒 ほ ど安 定 して い た が41},BP‑201… 一チ 燃 焼 実 験 で は 最 大 で も#13で 計 測 さ れ た 約1400Kま で しか ヒ 昇 して お らず,ほ
と ん ど ピ ー ク の よ う な 状 態 でBP‑04のkう に15秒 も安 定 し て い な い,こ れ に は2つ の 可 能 性 が 考 え ら れ る.1つ は 火 炎 の 位 概 が 移 動 し て お り熱 電 対 の 計 測 で き る 場 所 に 火 炎 が な か っ た と い う 可能 性 と 火 炎 自 体 が 吹 き 飛 ん で 点 火 出 来 て い な い 可 能 性 で あ る,こ こ で,3,2節 で の 成 、'ntfil確認 の 結 果 を 参 照 す る と, タ ン ク か ら の 供 給 圧 力 が}二 昇 す る と火 炎 は よ リ ド流 側 に 発 生 し,タ ン ク か ら の 供 給 圧 力 が 減 少 す る と 火 炎 は よ り 一k流側 に 発 生 す る,ド 流 方 向 へ の 鋭 い 火 炎 が 確 認 され た の は 全 て 電 磁 弁 の 開 い た 後 数 秒 程 度 で
一度 火 炎 が 消 失 す る と 再 び 目 視 で 火 炎 を 確 認 す る こ とは で き な か っ た こ と か ら
,火 炎 は ド流 側 に 吹 き 飛 ば さ れ た と 考 え ら れ る,し た が っ て,課 題 と な っ て い た 燃 焼 室 圧 力 上 昇 は 達 成 し た が,点 火 は 改 誇 され な か っ た,
5.2BP‑20ト ー チ の 比 推 力 算 出
比 推 力 の 算 出 方 法 に っ い て 述 ぺ る.算 出 過 程 で 使 用 す るGLiFS一と そ の 数 値 を 次 べL‑・一一ジ の 表5.1に ま と め た.比 推 力 を 算算出 す る 過 程 で ノ ズ ル1員 口 圧 力,推 力 係 数,特 性 俳 気 速 度,推 力 を 算 出 す る た め 表5.1に は 算 出 値 と 表 記 し て い る.比 熱 比kはCEAの 結 果 よ り123を 用 い る.ま た,燃 焼 実 験 で は 大 気 圧 ドで ノ
ズ ル 膨 張 比2の ノ ズ ル を 用 い た が,真 空 中 で 燃 焼 す る こ と を 想 定 し ,比 推 力の 算 出 に お い て は 雰1瑚気圧 OkPa,ノ ズ ル 膨 張 比60を 用 い る.
圭ず,は じめ に 鳥 が 臨 界 圧 力 を 超 え て い る か ど うか 確 認 す る,臨 界 圧 力 を 越 え て い る と ス ロー トで チ ョー ク して い る こ と が 明 ら か に な る.地 一L:での 臨 界 圧 力P1は 大 気 圧P。 を 用 い て 式(5‑Dよ り
P、=(2k
十1)劇P。‑178,985kP・A 〔5‑1)
し た が っ て,燃 焼 室 の 圧 力 が178.985kPaAを 越 え て い れ ば チ ョ ー ク し て い る,
表5.1比 推 力 算 出 ハ ラ メ ー タ
Pa毛 ・arn￠ter且 ullit V̀由 ￠
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C"ornbust奎onCbambc!'「remPel'atl11せ,T』
COinhu:11{〕nchRmberP1'essure.Pc
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ま ず,ノ ズ ル 出 目圧 力P。 を 求 め る.ノ ズ ル 膨 張 率 εと燃 焼 室 圧 力1〕̀を 用 い て 式(5‑2)V),kう に 炎 さ れ る.
i=昊=(tt十12)1綱 ㈲ 琳(・2)
sk(4.1)を ノ ズ ル 出lI圧 力Pcに つ い て 解 く と,
(})21c(κ 旱 、)2kf(k"1) 屡 一 ㌍ 熔1‑
(k十1k‑1)・ 屡=o と なt),式 〔5‑3)を ニ ュ ・一・一ト ン 法 で 収 束 さ せ てPeを 求 め た.
Pcと1も が 求 ま っ た の で 推 力 係 数CFは
CF= ε
尾寝
十 ー
1一此此) 尾 一具 (
一
1 ‑
411十一乱北)
2 1 十 κ
(5‑3}
(5‑4)
二の 推 力係 数CFの 標'i:ll三偏 差 σヒFは浪1淀1直に よ る 譲 差 が 伝H‑Sfする の で 式(5‑5)か ら求 め られ る ・
σ み一(噺 疏(∬}
こ こ で,(∂CF/∂Pc)oと{ま 測 定 値 の マ1母勾f直に お け る 微 分 係 数 を 表 す.
燃 焼 室 月三力 具,ス ロ ー ト而 積At,60w⑲ 窃畳 酸fヒ 水 素 水 流1:t};Mo.エ タ ノー ル 流 吊1漉Fを 用 い て 式(5‑6)か ら 特 性 排 ・気速 度 ゼ を 求 め る.
c'一.島A・.(5‑6)
?no十MF
特=性 揚 三'気速 度csの1票 準 偏 差 σヒ・は,燃 焼 室 力Pcと60wt%過 酸 化 水 素 水 質 椴 流 量 峨o,コ ニタ ノ ー ル 質 量 流 量 挽F の3つ 測 定 値 が あ る の で,式{5‑7}で 求 め る.
σ多一(∂ca'饒):ap2 ,+(1ξ簑三):ら 智o+(葦i… 三):aiF (5‑7)
6伽%過 醐 ヒ水 素 水 瓢 ㌃1充伽 。・エ タ ノー ル 童糧 拐薗 加 糊 生排 気 速 度c"i推 ノ孫 数̀・ ・ ノ ズ ル 効 率 η, , を 用 い て 推 力Fを 式(5‑8)か ら 求 め る,ノ ズル 効 率 は,判 頁角151に よ る 効 率 が98.29%で{存,り,ノ ズ ル 出 目 圧 と ノく気 圧 と の 差 圧 に よ る 損 失 が 最 大15%あ る こ と か ら,そ の2つ の 積 で840/。と し た.
推 力 〃)標 準 偏 差aFfthM。,
F=(7il。+MF)c℃Fὴ,
挽Fの2つ 測 定 値 が あ る の で,式(5‑10)よ り 求 め ら れ る.
σβ一(∂F伽
。(塩 ・):+(器 σ み):
推 力F,60wt%過 酸 化 水 素 流ttiMo,コ ニタ ノ ー ル 流 量 挽F, カM㍉ 求 め る.
F
∬SP=(
,ho+MF)9
(5‑9)
(5‑:o}
重 力 加 速 度gを 用 い て,比 推 力1spは 式(5‑1]〉
比 推 力ISPの 標 準 偏 差 σ,,,は,測 定 値 が60・vt%過 酉菱化 水 素 流{勲 。, め る.
鴫 一(01SP∂ 血O):醜+(瓢 醜
(5‑11)
エ タ ノ ー ル 流1」軌Fな の 冒ぐ式(5‑12)で 求
(5‑12)
こ れ ら の 式 を 用 い て600kPaA,700kPaA,800kPaAで 最 も 平 均 燃 焼 室 圧 力 の 大 き か っ た#9,#17,#t9 に つ い て そ 才しそ 埼τ拍 …,進舵揺指 を 求 め る.
表52BP‑20ト ー チ 燃 焼 実 験 の 結 果 ま と め(800kPaA)
c ̀寧 ハ
lsp
#9 1.S9十 α000618 297十10.6 1,e8十 〇.0289 47.9十1.08
#17 L器8十 〇、000510 298十9.50 1.21十 〇.0290 49.O+O.967
#19 1.88十 〇.OOO585 255十8.E7 1.14十 〇.OZ48 412十 〇,754