Research 研究内容
Research themes in this laboratory
本研究室で取り組んでいる研究内容です．
LOX vaporization nozzle for SOFT Hybrid rocket engine
酸化剤流旋回型ハイブリッドロケット用LOX気化ノズル
 SOFT hybrid rocket engine with LOX vaporization nozzle  LOX vaporization nozzle  Burning test of SOFT engine with LOX nozzle |
Typical hybrid rocket engines suffer from low fuel regression rate and combustion efficiency. To overcome these problems, the swirling-oxidizer-flow-type (SOFT) hybrid rocket engine was proposed. To attain the benefit of the oxidizer swirling flow, the gaseous oxidizer is more preferable than the liquid one. Recent research topic in this engine is the development of LOX vaporization nozzle, in which the regeneratively-cooling method is used and the liquid oxidizer is vaporized by the heat exchange in the cooling passages in the nozzle. |
| 酸化剤流旋回方式は酸化剤に旋回を与えることによりハイブリッドロケットエンジンの難点に挙げられる低い燃料後退速度と燃焼効率の両方を同時に改善することの出来る燃焼方式です．この燃焼方式の次の研究課題は，旋回の十分な効果を得るために液体酸化剤をエンジン内へ噴射する前に気化させることです．本研究では液体酸素（LOX）を気化するために液体ロケットエンジンでも使われる再生冷却方式のノズルを研究しています． | |
| Reference / 参考資料 | |
| ・Mizukoshi, T., Takei, T., Sakurai, T.: Design and Experiment of a LOX Vaporization Nozzle for an A-SOFT Hybrid Rocket Engine, 30th ISTS, 2017-o-5-16, 2017. | |
| Support / 研究補助 | |
| ・JAXA/ISAS Hybrid rocket research WG | |
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Swirling-injection End-Burning Hybrid rocket engine using
low-melting temperature fuels
低融点燃料を用いる旋回流端面燃焼型ハイブリッドロケットエンジン
 Schematic of Swirling-injection End-Burning Hybrid rocket engine  Burning behavior in the combustion chamber |
In a hybrid rocket engine using a single-port fuel grain, the specific impulse (Isp) generally varies with time owing to the variation of burned grain surface. An end-burning type engine using a cylindrical fuel grain has possibility to maintain the Isp because of the constant burning surface. In this study, to attain both constant Isp and high regression rate (~5 mm/s), the swirling oxidizer injection method and low-melting temperature fuels such as paraffine WAX are applied to the end-burning type engine. The fuel regression characteristics and the applicability of liquid oxidizer are studied. |
| 単孔型（シングルポート）の燃料グレインを使用するハイブリッドロケットエンジンでは，一般にグレインの燃焼面積が変化し推力を最良値のまま維持することが困難という課題があります．そこで燃焼面積を一定に保ち推力を維持出来るよう円柱型の燃料グレインを使用する端面燃焼型エンジンの研究を行っています．本研究では高い燃料後退速度を得るために酸化剤旋回流と低融点燃料の２つの工夫を組み合わせています．現在は燃料後退速度の特性や液体酸化剤の適用方法について研究を行っています． | |
| Reference / 参考資料 | |
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・Sakurai, T., Oishige, Y., Saito, K.: Fuel Regression
Behavior of Swirling-Injection End-Burning Hybrid Rocket
Engine, Journal of Fluid Science and Technology, 14 (3) :
Pages JFST0025, 2019. ・斎藤和幸，松田彩夏，櫻井毅司：低融点燃料を用いた旋回流端面燃焼型ハイブリッドロケットエンジンの燃焼挙動，第62回宇宙科学技術連合講演会，JSASS-2018-4306，1N06，2018. |
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| Support / 研究補助 | |
| ・JSPS Kakenhi JP16K06889(科研費基盤C) ・JAXA/ISAS Hybrid rocket research WG |
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Gas Turbine driven by Pulse Detonation Combustor
パルスデトネーション燃焼器で駆動するガスタービン
 Combustion cycle of pulse detonation combustor  Gas turbine driven by PD combustor  Typical pressure history in the combustor (10 cycles, 40 cps) |
A detonation produces pressure gain and higher enthalpy of burned gas comparing with typical constant pressure combustion. The thermal efficiency of a gas turbine driven by detonation combustor is anticipated to be increased. In this study, a feasibility of the gas turbine driven by pulse detonation combustor is studied. |
| デトネーションは通常の燃焼（定圧燃焼）に対して燃焼ガスの圧力上昇とより高いエンタルピーを生じます．ある圧力比で作動するガスタービンの燃焼器をデトネーション燃焼器に置き換えると，熱効率の向上が期待されます．本研究ではデトネーションを数十サイクル/秒で間欠的に発生させるパルスデトネーション燃焼器とガスタービンを組み合わせたエンジンシステムについてシステムの成立性を調べています． | |
| Reference / 参考資料 | |
| ・Sakurai, T., Nakamura, S.: Performance and Operating
Characteristics of Micro Gas Turbine driven by Pulse,
Pressure Gain Combustor, Proceedings of ASME Turbo Expo
2020, GT2020-15000, 2020. ・Sakurai, T., Takahashi, H., Hirai, Y., Yomo, S. : Operating characteristics of gas turbine driven by pulse detonation toward self-sustained operation, 23rd ISABE, ISABE-2017-22547, 2017. |
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| Support / 研究補助 | |
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Kerosene-fueled Miniature Combustor using Porous Media Vaporizer
for 100W-class Micro Gas Turbine
多孔質体蒸発器を用いた出力100W級灯油燃料マイクロガスタービン燃焼器
  Miniature model combustor and formed lean-premixed flame in the combustion chamber  Schematic of the miniature model combustor |
Micro gas turbines having a power output of 100 W have superior performance in longer operation and higher power density to the Li-ion batteries, and is anticipated to be used for robots and small aerial vehicles such as drone. However, its issue is the complete and low NOx combustion of liquid fueles such as kerosene. In this study, a porous media is used as a liquid fuel vaporizer and the realization of lean-premixed combustion using kerosene fuel has been tried. The combustion characteristics and the applicability of this combustion method are studied. |
| 出力100W級のマイクロガスタービンはロボットやドローンの動力源としてリチウムイオン電池よりも長時間・高出力をもたらせると期待されます．しかしながら，灯油などの液体燃料をクリーンかつ低NOxで燃焼させることに課題があります．本研究ではセラミック多孔質体を灯油燃料の蒸発器と利用し希薄予混合燃焼を行う燃焼器を研究開発しており，燃焼特性や実機適用への課題を調べています． | |
| Reference / 参考資料 | |
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・Sakurai, T., Takayama, N., Owada, Y., Harada, R.:
Lean-Premixed Combustion of Kerosene Using Porous-Media
Vaporizer for 100 W-class Miniature Gas Turbine Combustor,
International Journal of Gas Turbine, Propulsion and Power
Systems, 11 (3) : 2020. ・高山尚之，大和田悠介，櫻井毅司：多孔質体を用いた灯油燃料超小型燃焼器の燃焼特性及び予熱と着火方法の検討，第46回日本ガスタービン学会定期講演会，B-2，2018. ・Harada, R., Kobori, Y., Sakurai, T.: Development of a Prevaporized Combustor using a Porous Media for a Kerosene-fueled Micro Gas Turbine, Proc. International Gas Turbine Congress 2015, MoAMA.1, 2015. |
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| Support / 研究補助 | |
| JSPS Kakenhi JP21760653(科研費若手B) | |
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Low NOx combustion for hydrogen-fueled gas turbine combustor
水素燃料ガスタービン用低NOx燃焼器
 Observed flame types in the development of model combustor |
In gas turbines for power generation, the use of hydrogen is considered as one of the methods to decrease the CO2 emission. The hydrogen premixed flame has wider flammability limit and higher burning velocity than typical hydrocarbon fuels, which results in the flashback or the change of flame shape and position. Thus, the conventional combustors cannot be used for hydrogen fuel. In this study, the combustion method for hydrogen is developed to realize stable flame holding without flashback and dry low NOx. |
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CO2の排出を低減する一つの方法として，水素燃料をガスタービンに用いることが考えられています．水素は多くの炭化水素燃料に比べて燃焼速度が速く，可燃限界も広いなどの特徴を持つため，既存の燃焼器にそのまま使用することが出来ません．本研究では逆火を生じずに火炎を安定に保炎し，かつドライ低NOxを実現できる水素燃料ガスタービン燃焼器の研究開発に取り組んでいます． 浮き上がり火炎やマイクロ拡散火炎などの特性に着目した水素の低NOx燃焼について基礎実験を進めています．（この研究は，JKA研究補助事業（競輪）の補助を受けて実施しました．JKA研究成果報告書） |
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| Reference / 参考資料 | |
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・櫻井毅司，湯浅三郎：水素ガスタービン用モデルバーナの燃焼特性，第47回日本ガスタービン学会定期講演会，B-9，2019.
・野﨑光一，湯浅三郎，青木夏音，櫻井毅司：水素噴流火炎の浮き上がりに及ぼすバーナ形状の影響，第55回燃焼シンポジウム，A123，pp.14-15, 2017. |
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| Support / 研究補助 | |
| 2022 JKA研究補助事業（競輪） | |
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