パルス・デトネーション・エンジン

パルス・デトネーション・エンジン (Pulse Detonation Engine : PDE) はデトネーション波を利用したエンジンの一つである。デトネーション波とは、極超音速 (2 ～ 3 km/s) で衝撃波を伴い伝播する燃焼波であり、これを利用することで高い理論熱効率をめざす^[1][2]。デトネーション波を利用したエンジンとして、パルスデトネーションエンジン (pulse detonation engine, PDE) ^[3]と回転デトネーションエンジン(rotating detonation engine, RDE) がある^[1]。現在、各国で開発が進められる内燃機関である^[4][5]。

飛行中のPDE搭載ルータン ロング・イージー（2008年1月31日）

概要

燃焼行程においてデトネーション（衝撃波を伴った燃焼＝爆轟）で行われるため、従来の定圧燃焼を利用したガスタービンエンジンに比べ高い理論熱効率が予想される^[6][7]。スクラムジェットエンジンとは異なり、静止時からエンジンを始動できる。

従来のガスタービンエンジンの燃焼器をパルスデトネーションエンジンで置き換えることでタービンの駆動が可能になり、複数のデトネーション管の位相をずらして運転することで、ノズルあるいはタービンの入口における流れの脈動を平滑化できる^[6][3]。

歴史

古くから理論構築、実験が続けられてきた。

• 2004年3月17日に筑波大学でパルスデトネーションロケットのシステム試験が実施された。
• 2006年7月28日にパルスデトネーションロケット「とどろき」の滑走試験が実施された^[8]。
• 2008年1月31日にアメリカ空軍研究所はカリフォルニア州モハーヴェ砂漠でルータン ロング・イージーにパルス・デトネーション・エンジンを搭載した試験機の初飛行を実施した^[9]。同機は国立アメリカ空軍博物館で展示されている^[10]。
• 2013年10月20日には名古屋大学、筑波大学、JAXA等の研究グループがパルス・デトネーション・ロケットエンジンによる初の飛行実証を成功させた^[11]。
• PDエアロスペースが宇宙機に搭載するパルス・デトネーション・エンジンの開発を行っている^[12][13]。
• 2021年7月27日 JAXAは観測ロケットS-520-31号機による深宇宙探査用デトネーションエンジン宇宙飛行実証実験に世界で初めて成功した^[14][15]。パルス・デトネーション・エンジンと回転デトネーションエンジンの実験が行われた。

脚注

[脚注の使い方]

1. 笠原次郎「パルスデトネーションエンジン開発の現状」『日本燃焼学会誌』第55巻第174号、日本燃焼学会、2013年、337-348頁、doi:10.20619/jcombsj.55.174_337。
2. Bose, K. S.; Sarma, R. H. (1975-10-27). “Delineation of the intimate details of the backbone conformation of pyridine nucleotide coenzymes in aqueous solution”. Biochemical and Biophysical Research Communications 66 (4): 1173-1179. doi:10.1016/0006-291x(75)90482-9. ISSN 1090-2104. PMID 2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2.^{[出典無効]}
3. 辻俊之「2気筒パルスデトネーション燃焼器によるガスタービンエンジンの性能特性」埼玉大学理工学研究科機械科学系専攻修士論文, ix73p、2009年5月。
4. 広島大学におけるパルスデトネーション研究の戦略と現状
5. 松岡健, 後藤啓介, ブヤコフバレンティン, 石原一輝, 野田朋之, 伊東山登, 川﨑央, 渡部広吾輝, 松山行一, 笠原次郎, 松尾亜紀子, 船木一幸, 中田大将, 内海政春, 竹内伸介, 岩崎祥大, 和田明哲, 増田純一, 荒川聡, 羽生宏人, 山田和彦「S-520-31号機によるデトネーションエンジン実験の進捗状況：回転デトネーションエンジン」『令和二年度宇宙輸送シンポジウム: 講演集録= Proceedings of Space Transportation Symposium FY2020』、宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所(JAXA)(ISAS)、2021年1月、NAID 120007041580。
6. デトネーションを利用した新しい内燃機関
7. プロパン-空気混合気を用いたパルスデトネーションタービンエンジンの作動実験
8. 筑波大学 大学院システム情報工学研究科 構造エネルギー工学専攻 笠原研究室
9. “Borealis PDE”. スケールド・コンポジッツ. 2019年10月26日閲覧。
10. “Scaled Composites Long-EZ "Borealis"”. 国立アメリカ空軍博物館 (January 26, 2016). 2019年10月25日閲覧。
11. “パルスデトネーションロケットエンジンの世界初の飛行実証に成功”. 名古屋大学 (2013年10月21日). 2019年10月25日閲覧。
12. 誰もが宇宙旅行に行ける時代を
13. ＰＤエアロスペース、有人宇宙機を本格開発(日刊工業新聞)
14. 観測ロケットS-520-31号機　打上げ結果について 2021年（令和3年）7月27日 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
15. “観測ロケットS-520-31号機による深宇宙探査用デトネーションエンジン宇宙実証実験に成功”. 宇宙科学研究所. 2021年8月20日閲覧。

関連項目

• パルスジェット
• ノッキング
• 爆轟
• ハインケル HeS 40 - 燃焼行程は異なるが類似の構造だった。

外部リンク

• 大八木重治「パルスデトネーションエンジン開発に向けた基盤研究」『総合研究機構研究プロジェクト研究成果報告書』、埼玉大学総合研究機構、2005年。
• 水素/空気パルスデトネーションエンジンの地上試験 - YouTube
• パルスデトネーションエンジンの解説 - YouTube