(57)【要約】【課題】本発明は、点火から爆轟に至るまでの所要時間を短縮化し、点火から爆轟に至るまでに要する距離を短距離化することが可能なデトネータ、該デトネータを備えるパルス燃焼器およびデトネーション方法を提供すること。【解決手段】デトネーション管の内部に形成される燃焼室に、イグナイタの点火位置側の第１の燃焼領域と燃焼ガスを放出する開口側の第２の燃焼領域とを分画形成するように多孔板として形成された第１の隔壁を設け、さらに、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画するように同じく多孔板として形成された複数の第２の隔壁を設けることによって、高温気体反応生成物の拡散と、それに伴う燃料ガスとの混合を最大限に促進し、爆燃およびそれに続く爆轟状態への遷移を促進するデトネータ、および該デトネータを備えるパルス燃焼器を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスのデトネーションを生成するデトネータであって、前記デトネータは、燃料ガスに点火するためのイグナイタと、燃焼ガスを放出するための開口が形成されたデトネーション管とを備え、前記デトネーション管の内部に形成される燃焼室には、前記イグナイタの点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とが設けられ、前記各隔壁には複数の開口部が形成されるデトネータ。
【請求項２】
前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積が１π〜２５πｍｍ２である、
請求項１に記載のデトネータ。
【請求項３】
前記隔壁の空隙率が１５〜６５％である、請求項１に記載のデトネータ。
【請求項４】
前記隔壁の空隙率が１５〜６５％である、請求項２に記載のデトネータ。
【請求項５】
燃料ガスのデトネーションを生成するためのパルス燃焼器であって、
燃焼ガスを放出するための開口が形成されたデトネーション管を備え、前記デトネーション管の内部に形成される燃焼室には、点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とが設けられ、前記各隔壁には複数の開口部が形成されるデトネータと、
前記デトネータに燃料を供給する燃料供給機構と、前記デトネータに酸化剤を供給する酸化剤供給機構と、
前記第１燃焼領域に配置され、燃料ガスをパルス的に点火させるためのイグナイタと
を備える、パルス燃焼器。
【請求項６】
前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積が１π〜２５πｍｍ２である、
請求項５に記載のパルス燃焼器。
【請求項７】
前記隔壁の空隙率が１５〜６５％である、請求項５に記載のデトネータ。
【請求項８】
前記隔壁の空隙率が１５〜６５％である、請求項５に記載のデトネータ。
【請求項９】
燃料ガスのデトネーションを生成するデトネーション生成方法であって、前記方法は、
燃料ガスにパルス点火するためのイグナイタによりパルス的に点火する工程と、
前記燃料ガスの燃焼により発生した燃焼ガスを複数の燃焼室が内部に形成されたデトネーション管を通して爆轟を生成させ、パルス的に排出する工程と
を備え、前記デトネーション管は、内部に形成される前記燃焼室は、前記イグナイタの点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とを含み、前記各隔壁には複数の開口部が形成される、デトネーション生成方法。
【請求項１０】
前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積が１π〜２５πｍｍ２であり、前記隔壁の空隙率が１５〜６５％である、請求項９に記載のデトネーション生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスの爆轟を生成するデトネータ、および該デトネータを備えるパルス燃焼器に関し、より詳細には、爆轟状態への遷移を促進する燃焼室構造を備えたデトネータ、該デトネータを備えるパルス燃焼器、および該燃焼機を使用するデトネーション生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主に航空宇宙用のエンジンとして、パルスデトネーション・エンジン（以下、ＰＤＥとして参照する）が注目されており、その性能向上に関し種々検討がなされている。ＰＤＥは、爆轟（デトネーション）を間欠的かつ高速で繰返し発生させ、超音速の火炎を放出することによって推進力を得るものである。【０００３】
ここで、ＰＤＥにおける爆轟（デトネーション）の発生機構を説明すると、まず、イグニッションの点火を契機としてイグニッション近傍の燃料ガスの化学反応が生起され、該化学反応によって生じた高温気体反応生成物の対流・拡散が起こる。対流・拡散した高温気体反応生成物のそれぞれが、燃焼室内の燃料ガスの未反応領域において新たな化学反応の着火源となることによって化学反応が連鎖的・加速度的に発生し、爆発的燃焼、すなわち爆燃（デフラグレーション）が生じる。爆燃によって生じた衝撃波は、上述した連鎖反応において複合し増強されて、その伝播速度は超音速に達する。最終的に、超音速に達した衝撃波のエネルギーは、燃料ガスの未反応領域を通過する際に瞬間的に燃料ガスの化学反応を生起しうるまでに増強される。その結果、火炎と衝撃波とが共に超音速で伝播する、いわゆる、爆轟（デトネーション）が発生することになる。【０００４】
ここで、ＰＤＥの性能向上に関し、重要な検討事項は、爆燃から爆轟に至るまでに要する時間であるＤＤＴ（Ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）をいかに短縮し、爆燃から爆轟に至るまでの距離であるＤＤＬ（Ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  Ｌｅｎｇｔｈ）をいかに短くするかという点であり、この点につき、種々検討がなされている。【０００５】
例えば、この点につき、図１０に示されるようなスチェルキン・スパイラル（Ｓｈｃｈｅｉｋｉｎ  ｓｐｉｒａｌ）と呼ばれるらせん状の金属線をデトネーション管内に挿設したデトネータ６０が提案されている。スチェルキン・スパイラル６２は、デトネーション管内の燃焼室において、乱流火炎を生じさせ高温気体反応生成物の対流・拡散を促進するための乱流形成構造体として機能しており、ＤＤＴの短縮化に寄与することが分っている。【０００６】
一方、図１１は、本発明者らによって考案されたジェット着火システムを用いたデトネータ７０を示す。デトネータ７０は、点火位置７２を含む副燃焼室７４と、主燃焼室７６とから構成されている。副燃焼室７４には、火炎の出口として小孔７８が設けられており、副燃焼室７４内で生じた初期火炎は、小孔７８を通って主燃焼室７６に放出される際にジェット噴流となって主燃焼室７６に導かれるため、出口において乱流が生じ、着火源となる高温気体反応生成物は、主燃焼室７６において急速に拡散することになる。この急速な着火源の拡散によって、主燃焼室７６における爆燃およびそれに続く爆轟がより速く生起されることになり、ＤＤＴが短縮化される。【０００７】
上述したデトネータ６０およびデトネータ７０は、いずれも、燃焼室において乱流を生じさせることにより、ＤＤＴを短縮することに成功しているが、爆燃から爆轟に至るまでの距離であるＤＤＬの短距離化を実現するには至っていない。この点につき、特開２００５−３１５２５０号公報（特許文献１）は、燃焼ガス噴流をデトネーション管内に対向噴射してデトネーション管内で衝突させるＰＤＥの着火方法を開示しており、特表平１１−５０５４７２号公報（特許文献２）は、燃焼室内に燃焼ガスの燃焼を促進しかつ制御するための気体動力抵抗を設けた衝撃波発生器を開示するものの、点火から爆轟に至るまでの距離の短縮化について何らの示唆を与えるものではない。すなわち、従来の技術は、ＤＤＴを短縮化することは開示するものの、ＤＤＬの短距離化に成功した例の報告は皆無であった。ＰＤＥに代表される燃焼装置のデトネーション管の火炎噴射方向の長さは、ＤＤＬによって規定されるものであるため、ＤＤＬの短距離化は、燃焼装置のコンパクト化において不可欠な技術的課題であり、ＤＤＬを短くすることが可能なデトネータの構造設計について更なる検討が求められていた。
【特許文献１】特開２００５−３１５２５０号公報
【特許文献２】特表平１１−５０５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、ＤＤＴを短縮化し、ＤＤＬを短距離化することが可能なデトネータ、燃焼器、およびデトネーション生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した技術的課題につき鋭意検討した結果、本発明者らは、燃焼室の中に複数の小孔を有する隔壁を設けることで、ＤＤＴが好適に短縮されることを見出し、さらに、燃焼室において該隔壁を複数設けることによって、ＤＤＬが短距離化することを見出し、本発明に至ったのである。【００１０】
本発明によれば、燃料ガスのデトネーションを生成するデトネータであって、前記デトネータは、燃料ガスに点火するためのイグナイタと、燃焼ガスを放出するための開口が形成されたデトネーション管とを備え、前記デトネーション管の内部に形成される燃焼室には、前記イグナイタの点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とが設けられ、前記各隔壁には複数の開口部が形成されるデトネータが提供される。【００１１】
本発明の前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積が１π〜２５πｍｍ２とすることができる。【００１２】
本発明の前記隔壁の空隙率は、１５〜６５％とすることができる。【００１３】
また、本発明によれば、燃料ガスのデトネーションを生成するためのパルス燃焼器であって、
燃焼ガスを放出するための開口が形成されたデトネーション管を備え、前記デトネーション管の内部に形成される燃焼室には、点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とが設けられ、前記各隔壁には複数の開口部が形成されるデトネータと、
前記デトネータに燃料を供給する燃料供給機構と、前記デトネータに酸化剤を供給する酸化剤供給機構と、
前記第１燃焼領域に配置され、燃料ガスをパルス的に点火させるためのイグナイタとを備える、パルス燃焼器が提供される。【００１４】
本発明の前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積は、１π〜２５πｍｍ２とすることができる。【００１５】
本発明の前記隔壁の空隙率は、１５〜６５％とすることができる。【００１６】
本発明によれば、燃料ガスのデトネーションを生成するデトネーション生成方法であって、前記方法は、
燃料ガスにパルス点火するためのイグナイタによりパルス的に点火する工程と、
前記燃料ガスの燃焼により発生した燃焼ガスを複数の燃焼室が内部に形成されたデトネーション管を通して爆轟を生成させ、パルス的に排出する工程と
を備え、前記デトネーション管は、内部に形成される前記燃焼室は、前記イグナイタの点火位置側の第１の燃焼領域と前記開口側の第２の燃焼領域とを分画形成する第１の隔壁と、前記第２の燃焼領域を２以上の燃焼領域に分画する第２の隔壁とを含み、前記各隔壁には複数の開口部が形成される、デトネーション生成方法が提供される。【００１７】
本発明の前記隔壁に形成される開口部の開口領域の単位面積が１π〜２５πｍｍ２であり、前記隔壁の空隙率が１５〜６５％とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明によれば、ＤＤＴを短縮化し、ＤＤＬを短距離化することが可能なデトネータが提供される。したがって、本発明によれば、ＰＤＥに代表される燃焼装置において、連続的なパルスデトネーションを効率的に生成することができ、さらに燃焼装置のコンパクト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。【００２０】
図１は、本発明のマルチジェット着火式デトネータ１０（以下、デトネータ１０として参照する）を示す概念的斜視図である。なお、本発明においてデトネータとは、デトネーションを生じさせる装置のことをいう。本発明のデトネータ１０は、ステンレススチール、ジュラルミン、チタン合金、ニッケル超合金などの耐熱性材料から形成されたデトネーション管１２と、デトネーション管１２の閉塞端部１３の中心付近に設けられた燃料ガスを点火するためのイグナイタ１４とを含んで構成されている。デトネーション管１２は、概ね火炎の伝播方向Ｆを長手方向とする直方体状の燃焼室１６を形成しており、燃焼室１６内には、多孔板として構成された隔壁１８等が複数設けられている。また、イグナイタ１４が設けられた閉塞端部１３に対向する側の開口１９は、開放され、衝撃波および燃焼ガスをデトネータ１０の外部へと放出させて火炎の伝播方向Ｆの反対方向への推進力を得ることができるよう構成されている。【００２１】
本発明において、デトネーション管１２の燃焼室は、その形状を直方体状に限定されるものではなく、デトネーション管１２を概ね円筒管として構成してその燃焼室を円筒状とすることもできる。【００２２】
また、本発明において、イグナイタ１４は、スパークプラグを使用して点火を行う方式、プラズマを発生させて点火する方式、レーザを照射して点火する方式など、デトネーションを発生させるための初期火炎を生成させることができる限り、いかなる方式のイグナイタ１４でも用いることができ、イグナイタ１４は、デトネーション管１２の端部に限らず、デトネーションを発生させるための初期火炎を生成させることができる限り、いかなる位置にでも設けることができる。また、本発明の燃料供給機構および酸化剤導入機構としては、例えば、使用温度に応じた材料から製造されるソレノイド式の噴射バルブを使用することができる。以下、本発明のデトネータ１０の特徴的構成である、燃焼室１６内に設けられる隔壁についてさらに詳細に説明する。【００２３】
図２は、本発明のデトネータ１０の長手方向の断面を示す図である。本発明のデトネータ１０は、燃焼室１６内のイグナイタ１４の点火位置１５の近傍に、第１の隔壁１８が設けられ、燃焼室１６は、この隔壁１８によって、初期火炎が生成される点火位置１５側の領域Ｓと、火炎が圧縮波を重畳しながらそのエネルギーを増加させるための開口１９側の領域Ｄに分画される。なお、本発明においては、イグナイタ１４の点火位置１５から第１の隔壁１８までの離間距離ｌを最適化することができる。【００２４】
図３は、本発明のデトネータ１０の燃焼室１６内に設けられる隔壁１８を示す図である。本発明においては、隔壁１８をステンレススチール、ジュラルミン、チタン合金、ニッケル超合金などの耐熱性材料から形成することが好ましい。図３に示されるように、隔壁１８の表面には多くの孔２０が設けられており、隔壁１８は、孔２０を介して上述した領域Ｓと領域Ｄとが連通するようにデトネータ１０の燃焼室１６内に固設される。【００２５】
本発明のデトネータ１０においては、燃焼室１６内のイグナイタ１４の点火位置１５の近傍に、第１の隔壁１８を設けることによって、ＤＤＴが好適に短縮化する。この理由については定かではないが、おそらく、領域Ｓにおいて形成された初期火炎が、隔壁１８に設けられた複数の孔２０を通過して領域Ｄに放出される際、孔２０に対応した複数の乱流が生じることによって、爆燃およびそれに続く爆轟状態への遷移が促進されるものと考えられる。【００２６】
なお、本発明においては、隔壁１８における孔２０の大きさ、および隔壁１８の空隙率について最適化することができる。なお、本発明において、空隙率とは、下記式１によって示される式によって求められるものとする。【００２７】
【数１】
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本発明において、孔２０が円形である場合には、その直径を、１〜１０ｍｍとすることができ、より好ましくは、１〜４ｍｍとすることができる。換言すれば、本発明において、孔２０によって隔壁１８に形成される円形の開口領域の単位面積を、１π〜２５πｍｍ２とすることができ、より好ましくは、１π〜４πｍｍ２とすることができる。ただし、本発明においては、孔２０の形状を円形に限定するものではなく、孔２０を楕円や多角形などによって形成することもでき、それらの孔によって隔壁１８に形成される開口領域の単位面積を、１π〜２５πｍｍ２とすることができ、より好ましくは、１π〜４πｍｍ２とすることができる。【００２８】
また、本発明においては、上述した空隙率を１５〜６５％とすることができ、より好ましくは、２０〜４５％とすることができる。【００２９】
さらに、本発明の第２の実施の形態においては、デトネータ１０は、上述した第１の隔壁１８に加えて、燃焼室１６の領域Ｄに第２の隔壁２２を設けることができ、また、第２の隔壁２２を領域Ｄの複数箇所に設けることができる。図４は、複数の隔壁が設けられたデトネータ１０を示す。本発明の第２の実施の形態においては、この隔壁２２よって、燃焼室１６の領域Ｄは、複数の領域Ｄ１〜Ｄｎに分画される。隔壁２２には、隔壁１８と同様に多くの図示しない孔が設けられており、その孔を介して領域Ｄ１〜Ｄｎが互いに連通するように構成されている。【００３０】
第２の隔壁２２における孔の形状および大きさ、ならびに、隔壁２２の空隙率については、第１の隔壁１８について上述したのと同様であり、適宜最適化することができる。加えて、本発明の第２の実施の形態においては、イグナイタ１４の点火位置１５から第２の隔壁２２までの離間距離Ｌ１〜Ｌｎを最適化することができる。【００３１】
本発明の第２の実施の形態においては、燃焼室１６内のイグナイタ１４の点火位置１５の近傍に設けた第１の隔壁１８に加えて、さらに、第２の隔壁２２を設けることによって、ＤＤＴが好適に短縮化するだけでなく、ＤＤＬが短距離化するという特異な効果を奏する。この理由については定かではないが、おそらく、領域Ｓにおいて形成された初期火炎が、隔壁１８に設けられた複数の孔２０を通過して領域Ｄ１に放出される際、孔２０に対応した複数の乱流が生じ、さらにそれらの乱流が、第２の隔壁２２に設けられた複数の孔を通過して領域Ｄnに放出される際に、領域Ｄｎにおける高温気体反応生成物の拡散と、それに伴う燃料ガスとの混合が最大限に促進されることによって爆燃およびそれに続く爆轟状態への遷移が促進されるためであると考えられる。【００３２】
なお、本発明で使用することができる燃料としては、可燃性のガスまたは液体または分散液を噴霧させて形成された気体、またはエアロゾルなどのいかなる気体でも用いることができ、例えば、水素ガス（Ｈ２）、天然ガス、メタン、エタン、プロパンなどの気体炭化水素化合物、ガソリン、灯油、ナフサ、ケロシンなどの汎用または航空機用の液体炭化水素化合物などを挙げることができる。また、本発明で用いることができる酸化剤としては、酸素ガス（Ｏ２）、空気、オゾン、硝酸ナトリウム溶液または分散液、塩素酸、過塩素酸塩溶液または分散液などを用いることができる。上述した燃料および酸化剤としては、特に限定されることなく本発明で使用することができるが、環境的な負荷を考慮すると、燃料としては水素ガスを使用し、酸化剤としては、酸素ガスまたは空気を使用することが好ましい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明のデトネータ１０について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。【００３４】
（実験装置）
図５には、本発明のデトネータ１０の特性を検討するために使用した基本的な実験装置を示す。実験装置３０は、概ね、本発明のデトネータ１０と、観測用チャンバ３２、ダンパ容器３４とを含んで構成されており、それぞれが、接続フランジ３６で連結されて、真空ポンプなどにより排気可能とされている。観測用チャンバ３２は、本発明のデトネータ１０から後のデトネーション特性を観測するために設けられており、観測窓３８と、複数の圧力トランスデューサ４０およびイオンプローブ４２とが設けられている。【００３５】
また、観測用チャンバ３２のさらに下流側には、反射衝撃波を排除するためのダンパ容器３４が配設されている。ダンパ容器３４の入口部分には、約１０１．３２５ｋＰａの圧力差に耐えることができる、厚さ約２５０μｍのマイラ膜（図示せず）が取り付けられている。マイラ膜は、デトネーションにより発生した衝撃波により破られて、真空に排気されたダンパ容器に進行し、そのエネルギーを解放させることにより反射衝撃波による測定系の攪乱を排除するために設けられている。【００３６】
デトネーション発生実験の手順を簡単に説明すると、まず、燃料供給機構４４および酸化剤供給機構４６から燃料と酸化剤とをデトネータ１０内に導入し、イグナイタ４８をトリガ装置５０によりトリガ信号を送って着火させる。デトネータ１０内で生成した初期火炎は、デトネータ１０内を伝搬し、圧縮波を重畳しながらそのエネルギーを増加させて行き、それに伴う圧力変化および化学反応の状態は、圧力トランスデューサ４０およびイオンプローブ４２により検出され、コンピュータを含んで構成された波形検出システム５２により処理される。なお、圧力トランスデューサ４０ならびにイオンプローブ４２は、イグナイタ４８の点火位置からの離間距離が、３７５ｍｍ、４３５ｍｍ、４９５ｍｍの位置にそれぞれ配設した。上述した実験装置３０を使用して行った、本発明のデトネータ１０の特性評価実験の詳細を以下説明する。【００３７】
（最適化実験）
Ａ.イグナイタの点火位置から第２の隔壁までの離間距離について
本発明のデトネータ１０について、イグナイタの点火位置から第２の隔壁までの離間距離の最適条件について検討した。図５に示した実験装置に対して、本発明のデトネータ１０を連結した。デトネータ１０は、長さ（Ｌ）２５０ｍｍ、火炎の伝播方向の面の縦横が４０ｍｍ×４０ｍｍの直方体状の管によって形成され、イグナイタの点火位置から１０ｍｍの位置に第１の隔壁を設けた。本実験においては、第２の隔壁の設置位置を変えて、設定されたそれぞれの位置構成について、点火からデトネーション化が観測されるまでに要する時間を測定した。具体的には、イグナイタの点火位置と第２の隔壁との離間距離を２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍとし、それぞれついて、点火からデトネーション化が観測されるまでに要する時間（ＤＤＴ）を測定した。なお、第１および第２の隔壁には、上述した直方体状の管の内壁の大きさに合わせて３８．５×３８．５ｍｍ、厚さ１ｍｍのものを用い、いずれの隔壁にも、空隙率が２２．６％となるように直径１ｍｍの円形の孔を複数設けた。【００３８】
予混合燃料ガスは、燃料としては水素ガスを、酸化剤としては酸素ガスを使用し、燃料−酸素混合ガスの組成は、容量比でＨ２：Ｏ２＝２：１とした。また、燃料−酸素混合ガスは、デトネータ１０から観測用チャンバ３２までの間に定義される試験セクションを真空に排気した後に、７０ｋＰａの圧力となるように試験セクションに導入した。その後、６０００Ｖの電圧を生成することができるギャップ型点火プラグで燃料ガスに点火した。点火後、生成した衝撃波の通過による圧力の変化を、圧力トランスデューサを使用してモニタし、化学反応の状態を、イオンセンサを使用してモニタした。【００３９】
なお、比較実験として、乱流形成構造体としてスチェルキン・スパイラル（線径３．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍ、長さ２００ｍｍのスプリング形状）を、上述したのと同様の直方体状の管（４０ｍｍ×４０ｍｍ×２５０ｍｍ）に挿設したものについて同様の実験を行った。【００４０】
図６は、イグナイタの点火位置から第２の隔壁までの離間距離（ｍｍ）と、点火からデトネーションが発生するまでの時間（ＤＤＴ）との関係を示す。図６中で示される各プロット、×、▲、◆、＊は、それぞれ、イグナイタの点火位置と第２の隔壁との離間距離を２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍとした場合の結果に対応している。なお、図６中の、■で示されるプロットは、第２の隔壁を設けない場合の結果を示し、破線はスチェルキン・スパイラルを用いた比較実験の結果を示す。なお、デトネーションの発生時点については、モニタリングされた圧力波形とイオンプローブによる波形とが、ほぼ同時刻で立ち上がっていることが観察された時点をその発生時点とした。図６に示されるように、イグナイタの点火位置から第２の隔壁までの離間距離を４０ｍｍとした場合のＤＤＴが一番短いことが確認され、図中の破線で示されるスチェルキン・スパイラルを挿設した場合のＤＤＴよりも短いことが確認された。【００４１】
Ｂ．隔壁に設けられる孔の大きさおよび空隙率について
本発明のデトネータ１０について、燃焼室内の隔壁に設けられる孔の大きさ、ならびに空隙率の最適条件について検討した。本実験おいては、上述した実験に使用したのと同様のデトネーション管を用い、イグナイタの点火位置から１０ｍｍの位置に第１の隔壁を、４０ｍｍの位置に第２の隔壁を設けた。なお、使用する燃料ガスの組成および圧力については上述したのと同様の条件とし、デトネーションの発生時点についても上述したのと同様の方法で検出した。【００４２】
本実験においては、隔壁に設けられる円形状の孔の直径（ｍｍ）および空隙率（％）について設定を変え、それぞれの設定に従って開口部を形成した隔壁を含むデトネータ１０について、デトネーション化が観測されるまでに要する時間を測定した。具体的には、孔の（直径−空隙率）を１ｍｍ−２２．６％、２ｍｍ−４０．２％、３ｍｍ−３２．６％、４ｍｍ−２９．６％とし、それぞれついて、デトネーション化が観測されるまでに要する時間（ＤＤＴ）を測定した。【００４３】
図７は、孔の（直径−空隙率）と、点火からデトネーションが発生するまでの時間（ＤＤＴ）との関係を示す。図７中に示される各プロット、◆、■、▲、×は、それぞれ、孔の（直径−空隙率）を１ｍｍ−２２．６％、２ｍｍ−４０．２％、３ｍｍ−３２．６％、４ｍｍ−２９．６％とした場合の結果に対応している。図７に示されるように、孔の（直径−空隙率）を２ｍｍ−４０．２％とした場合のＤＤＴが一番短いことが確認された。【００４４】
（ＤＤＬ短距離化の確認実験）
本発明のデトネータ１０によって、ＤＤＬの短距離化が達成されることを確認する実験を行なった。本実験おいては、上述した実験に使用したのと同様のデトネーション管を用い、イグナイタの点火位置から１０ｍｍの位置に第１の隔壁を、４０ｍｍの位置に第２の隔壁を設け、各隔壁は、（直径−空隙率）を２ｍｍ−４０．２％の設定に従って円形開口部を複数形成したものを用いた。また、その他の設定については、上述した最適化実験における条件と同様とした。また、比較実験として、上述した最適化実験と同様のスチェルキン・スパイラル挿設型デトネータについて実験を行った。なお、デトネーションの発生時点については、モニタリングされた圧力波形とイオンプローブによる波形とが、ほぼ同時刻で立ち上がっていることが観察された時点をその発生時点とした。【００４５】
図８は、本発明のデトネータ１０においてモニタリングされた、圧力波形およびイオンプローブによる波形を示し、図９は、スチェルキン・スパイラル挿設型デトネータにおいてモニタリングされた、圧力波形およびイオンプローブによる波形を示す。
図８および９に示される波形は、上から、点火位置の後方３７５ｍｍ、４３５ｍｍ、４９５ｍｍの位置、（すなわち、デトネータ１０の後方開口部から１２５ｍｍ、１８５ｍｍ、２４５ｍｍの位置）にそれぞれ配設した圧力トランスデューサ４０ならびにイオンプローブ４２が検出した波形であり、基準線から上が圧力トランスデューサ４０が検出した波形を示し、下がイオンプローブ４２が検出した波形を示す。【００４６】
図９に示されるように、スチェルキン・スパイラル挿設型デトネータについては、点火位置の後方３７５ｍｍ（デトネータ１０の開口端部から１２５ｍｍ）の位置のモニタリングにおいて、圧力波形の立ち上がりが観察される時点に遅れてイオンプローブによる波形の立ち上がりが観察されており、点火位置の後方３７５ｍｍ（デトネータ１０の開口端部から１２５ｍｍ）の位置においてはデトネーションに遷移していないことが確認された。【００４７】
一方、図８に示されるように、本発明のデトネータ１０については、点火位置の後方３７５ｍｍ（デトネータ１０の開口端部から１２５ｍｍ）の位置のモニタリング結果において、圧力波形とイオンプローブによる波形とが、ほぼ同時点で立ち上がっていることが観察されており、本発明のデトネータ１０においては、点火位置の後方３７５ｍｍ（デトネータ１０の開口端部から１２５ｍｍ）の位置でデトネーションに遷移していることが確認された。上述した実験結果から、本発明のデトネータ１０によって従来技術が達成しえなかったＤＤＬの短距離化が可能となることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上、説明したように、本発明によれば、ＤＤＴを短縮化し、ＤＤＬを短距離化することが可能なデトネータ、該デトネータを備えるパルス燃焼器、およびデトネーション生成方法が提供される。本発明のマルチジェット着火式デトネータを備えるパルス燃焼器は、航空宇宙用エンジン、船舶用推進器、ガスタービンエンジン用燃焼器、火力発電用タービン用燃焼器など、熱エネルギーを動力に変換して使用するいかなる装置に対しても適用することができ、デトネーション波を利用する動力機構のコンパクト化に資することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のマルチジェット着火式デトネータ１０を示す概念的斜視図。
【図２】本発明のデトネータ１０の長手方向の断面を示す図。
【図３】本発明のデトネータ１０の燃焼室１６内に設けられる隔壁１８を示す図。
【図４】本発明の複数の隔壁が設けられたデトネータ１０を示す図。
【図５】本発明のデトネータ１０の特性を検討するために使用した基本的な実験装置を示す図。
【図６】イグナイタの点火位置から第２の隔壁までの離間距離（ｍｍ）と、点火からデトネーションが発生するまでの時間（ＤＤＴ）との関係を示す。
【図７】孔の（直径−空隙率）と、点火からデトネーションが発生するまでの時間（ＤＤＴ）との関係を示す。
【図８】本発明のデトネータ１０においてモニタリングされた、圧力波形およびイオンプローブによる波形を示す図。
【図９】スチェルキン・スパイラル挿設型デトネータにおいてモニタリングされた、圧力波形およびイオンプローブによる波形を示す図。
【図１０】スチェルキン・スパイラル挿設型デトネータ６０を示す図。
【図１１】ジェット着火システムを用いたデトネータ７０を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…マルチジェット着火式デトネータ、１２…デトネーション管、１３…端部、１４…イグナイタ、１５…点火位置、１６…燃焼室、１８…第１の隔壁、１９…開口、２０…孔、２２…第２の隔壁、３０…実験装置、３２…観測用チャンバ、３４…ダンパ容器、３６…接続フランジ、３８…観測窓、４０…圧力トランスデューサ、４２…イオンプローブ、４４…燃料供給機構、４６…酸化剤供給機構、４８…イグナイタ、５０…トリガ装置、５２…波形検出システム、６０…スチェルキン・スパイラル挿設型デトネータ、６２…スチェルキン・スパイラル、７０…ジェット着火式デトネータ、７２…点火位置、７４…副燃焼室、７６…主燃焼室、７８…小孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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