LE-9 LE-9の概要

LE-9

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/04/17 08:44 UTC 版)

ナビゲーションに移動 検索に移動

概要

H3の先代機のH-IIA/Bでは、第1段用ロケットエンジンLE-7Aのエンジンサイクルに二段燃焼サイクルを採用している。二段燃焼サイクルは燃焼室で発生する燃焼圧を大きくすることが他のエンジンサイクルよりも容易であり比推力向上の点で優れているが、配管・タービン各所が高温高圧に晒されるため頑丈に製作する必要があり、プリバーナー室等の追加の造作も必要なため、製造コストが嵩む。

一方、現在の衛星打ち上げ市場において受注を勝ち取るためには、ロケットの製造費用を下げて打ち上げ費用を下げることが重要である。このため、H3の1段目エンジンLE-9では、従来の高価で複雑な二段燃焼サイクルにかわり、日本で最初に実用化された簡素で信頼性のあるエキスパンダーブリードサイクルを採用することにした。これによりLE-9の部品点数はLE-7Aより20%少なくなる[3]。エキスパンダーブリードサイクルの開発と運用の前例として第2段用の推力 15 tf 未満のLE-5A/Bエンジンの実績はあるが、同サイクルはターボポンプの駆動エネルギーを燃焼室からの吸熱に頼るという原理上、大推力を発揮することが難しく、第1段用エンジンとしての実用化は初の事例であるため、150 tf という大推力が必要とされる第1段用のLE-9の開発は、H3における最も挑戦的な開発要素となる[4][5]

研究・開発

LE-5AとLE-5Bの開発経験によりエキスパンダーブリードサイクルエンジン開発の第一人者であった三菱重工は、同サイクルエンジンの大型燃焼室製造技術に関する先行的研究のために、1999年からプラット・アンド・ホイットニー・ロケットダインと共同で、真空中推力 16–27 tf、真空中比推力 467  の上段用エンジンMB-XX(MB-35とMB-60)の研究を開始し、2005年に燃焼実験を行った[6][注 1]

この上段用エンジンMB-XXの研究と並行して、2002年からJAXAは将来ロケットの第1段に大推力エキスパンダーブリードサイクルエンジンを適用する検討と研究を開始し、2010年からはJAXAが主導し、上記2社に加えてIHI、物質・材料研究機構産業技術総合研究所も参画して、真空中推力 148 tf、真空中比推力 430 秒 の第1段用技術実証エンジンLE-X実証研究を開始して、コンピュータ・シミュレーション数値シミュレーション)を広範に取り入れながら要素技術の研究を行い、大推力エキスパンダーブリードサイクルエンジンの成立性の検証を行った[7][8]

そして2015年から、LE-Xの実証研究の成果を生かしてLE-9の開発が開始された[8][2][9][10]。大推力を発揮するためにはターボポンプの大幅な性能向上が必要となるが、そのためには三菱重工が担当する燃焼器を大型化して吸熱・製造技術を向上させてタービン駆動ガスを高温化することと、IHIが担当する液体水素ターボポンプのタービンを高性能化させることが鍵となる[9]

大型化したLE-Xの燃焼器では大きな圧力変動(燃焼振動)が問題となったが、LE-9では噴射器エレメント長さに変化をつけることで共振の発生を抑え、圧力変動を吸収するレゾネータを燃焼室に付けることで燃焼安定性を大幅に向上させた[11]。一方で2017年から行われていた実機型エンジンの燃焼試験においては、2018年11月以降に行われた試験において、共振により液体水素ターボポンプのタービン動翼に疲労破面を確認した。また、機械加工の噴射器と3D造型の噴射器に特性の違いが確認された。このため、この時点では従来通りの機械加工による噴射器を適用して、固有振動値を運転領域から外したタイプ1エンジンを先に認定し試験機1号機で使用し、その後に3D造型噴射器と固有振動値そのものを排除する抜本対策を施したタイプ2エンジンを認定して試験機2号機に使用する開発方針であった[12]

2020年2月13日には、8回目の第1段厚肉タンクステージ燃焼試験が3基の実機型エンジンで行われた[13][14][15]

しかし2020年5月26日から始まった認定型タイプ1エンジンの燃焼試験で、固有振動値を運転領域から外したはずの液体水素ターボポンプのタービン動翼に共振による疲労破面が再び確認され、新たにエンジン燃焼室内壁には高熱による幅0.5mm長さ1センチほどの穿孔が14か所見つかった[16]。当初は再び確認された共振運転領域をさらに避けて運転するタイプ1エンジンを作成する予定であったが、検討の結果、固有振動値を運転領域から外すタイプ1エンジンの対策が有効ではない事が判明した。このため液体水素ターボポンプのタービン動翼の形状や枚数を見直して、念の為に液体酸素ターボポンプについても同様に設計を見直して共振対策をし、燃焼室内壁の穿孔については液体水素の噴射量を増やすことで冷却機能を強化すると同時にエンジンの起動・停止パターンを見直して熱対策をすることになった。これらの新たな対策を施した新たな開発仕様を実証してから試験機1号機を打ち上げることになり、H3ロケットの打ち上げは2021年度に1年延期されることになった[17][18][19]

諸元

LE-9主要諸元一覧(目標値)
  LE-9[20] 技術実証エンジンLE-X(参考) LE-7A長ノズル(参考)
燃焼サイクル エキスパンダブリードサイクル エキスパンダブリードサイクル 二段燃焼サイクル
真空中推力 150.0 tf (1,471 kN) 148 tf (1,450 kN) 112 tf (1,100 kN)
混合比 5.9 5.9 5.9
真空中比推力 425 s 430 s 440 s
燃焼圧力 10.0 MPa 12 MPa 12.3 MPa
LH2ターボポンプ回転数 42,000 rpm 40,000 rpm 41,900 rpm
LOXターボポンプ回転数 17,000 rpm 16,500 rpm 18,300 rpm

注釈

  1. ^ MB-XX実証エンジンの燃焼器と液体酸素ターボポンプは三菱重工、液体水素ターボポンプはプラット・アンド・ホイットニー・ロケットダインが担当した。ロケット用上段エンジンMB-XXの実証エンジン燃焼試験に成功” (2005年9月16日). 2016年5月29日閲覧。[リンク切れ]

出典

  1. ^ H3ロケットの開発状況について (PDF)”. 文部科学省 宇宙開発利用部会 (2016年2月2日). 2016年2月24日閲覧。
  2. ^ a b 2020年:H3ロケットの目指す姿 (PDF)”. JAXA (2015年7月8日). 2016年2月24日閲覧。
  3. ^ JAXA's No.062 (PDF)”. JAXA (2015年10月). 2018年10月22日閲覧。
  4. ^ 鳥嶋真也 (2020年9月24日). “H3ロケット開発を襲った“魔物”とは?、エンジンに見つかった技術的課題 1/2”. マイナビニュース. https://news.mynavi.jp/article/20200924-1332582/ 
  5. ^ “魔物”のロケットエンジン、LE-9開発に挑む H3プロジェクトマネージャー、JAXAの岡田匡史氏に聞く(その2)”. 日経BP社 (2015年10月5日). 2016年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年2月24日閲覧。
  6. ^ 三菱重工|MB-XX”. 2016年2月24日閲覧。
  7. ^ 姿を現した次世代の大型ロケットエンジン「LE-9」 第2回 2020年の打ち上げに向けたスケジュール”. マイナビニュース (2017年11月27日). 2019年12月25日閲覧。
  8. ^ a b 宇宙航空研究開発機構,宇宙輸送ミッション本部,LE-X(国立国会図書館アーカイブ)”. 2016年2月24日閲覧。
  9. ^ a b 三菱重工技報,第48巻第4号「LE-Xエンジン開発へ向けた取り組み」 (PDF)”. 2016年2月24日閲覧。
  10. ^ IHI技報,第49巻第3号「LE-Xエンジン用ターボポンプの研究」 (PDF)”. 2016年2月24日閲覧。
  11. ^ 三菱重工技報,第55巻第2号「H3 ロケット1段用LE-9 エンジンの燃焼安定性予測技術及び対策技術開発」 (PDF)”. 三菱重工 (2018年). 2019年11月30日閲覧。
  12. ^ H3ロケットの開発状況について (PDF)”. JAXA (2019年12月10日). 2020年3月26日閲覧。
  13. ^ (日本語) 2020年2月13日に行われたH3ロケットの大型エンジン「LE-9」3基による燃焼試験(BFT)の様子 (C)JAXA, https://www.youtube.com/watch?v=aq-S5DzVKbc 2020年3月26日閲覧。 
  14. ^ 第8回 第1段厚肉タンクステージ燃焼試験結果|H3|ロケット|JAXA 第一宇宙技術部門 ロケットナビゲーター”. www.rocket.jaxa.jp. 2020年3月26日閲覧。
  15. ^ “LE-9エンジン×3基の燃焼試験が初公開、H3ロケットのBFTは全て無事に完了!”. マイナビニュース. (2020年2月19日). https://news.mynavi.jp/article/20200219-977534/ 
  16. ^ (日本語) 【録画】LE-9エンジンの開発状況について, https://www.youtube.com/watch?v=_fz5MB1X0TE 2021年4月17日閲覧。 
  17. ^ 日本放送協会. “日本の主力ロケットH3 打ち上げ1年延期し来年度に JAXA”. NHKニュース. 2020年9月11日閲覧。
  18. ^ JAXA、H3ロケットの開発計画を見直し - LE-9エンジンに技術的課題を確認”. マイナビニュース. 2020年9月14日閲覧。
  19. ^ “H3ロケット開発を襲った“魔物”とは?、エンジンに見つかった技術的課題 2/2”. マイナビニュース. (2020年9月24日). https://news.mynavi.jp/article/20200924-1332582/2 
  20. ^ H3ロケット基本設計結果について (PDF)”. JAXA (2016年6月14日). 2016年6月21日閲覧。


「LE-9」の続きの解説一覧



英和和英テキスト翻訳>> Weblio翻訳
英語⇒日本語日本語⇒英語
  

辞書ショートカット

すべての辞書の索引

「LE-9」の関連用語

LE-9のお隣キーワード
検索ランキング

   

英語⇒日本語
日本語⇒英語
   



LE-9のページの著作権
Weblio 辞書情報提供元は参加元一覧にて確認できます。

  
ウィキペディアウィキペディア
All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.
この記事は、ウィキペディアのLE-9 (改訂履歴)の記事を複製、再配布したものにあたり、GNU Free Documentation Licenseというライセンスの下で提供されています。 Weblio辞書に掲載されているウィキペディアの記事も、全てGNU Free Documentation Licenseの元に提供されております。

©2021 GRAS Group, Inc.RSS