中性子を用いた液体ロケット再生冷却燃焼器の非破壊検査

Nondestructive inspection using neutron for regenerative cooling combustion chamber

升岡 正*; 佐藤 正喜*; 森谷 信一*; 土屋 佳則*; 鈴木 裕士  ; 飯倉 寛  ; 松林 政仁  

Masuoka, Tadashi*; Sato, Masaki*; Moriya, Shinichi*; Tsuchiya, Yoshinori*; Suzuki, Hiroshi; Iikura, Hiroshi; Matsubayashi, Masahito

液体燃料ロケットエンジンの再生冷却ロケット燃焼器は、燃焼ガスと液体水素等冷却材との間で大きな温度差に曝される。これが熱応力を誘発し、繰り返し燃焼試験によりひずみは燃焼壁内部に蓄積される。燃焼器の寿命は一般的にこのようなひずみと変形に相関しているので、燃焼壁のひずみと変形を評価することは重要である。高精度の燃焼器寿命評価手法を構築するためには実データによる検証が必要となるが、燃焼器内壁に発生するひずみ及び変形量といったデータに乏しいのが現状である。よって、解析検証用データ取得のための非破壊検査手法を確立することが高精度の燃焼器寿命評価手法を確立するために重要である。本研究では繰り返し燃焼試験を行った燃焼器について、解析結果の検証に利用可能な実験データの取得方法を確立することを目的に、中性子回折法による残留ひずみ計測及び中性子ラジオグラフィによる燃焼器撮像を試みた。

The regenerative cooling combustion chamber of a liquid rocket engine is exposed to large temperature difference between the combustion gas and the coolant such as liquid hydrogen. It induces thermal stress, and strain is accumulated over cyclic firing tests in the chamber wall. To evaluate the strain and the deformation of chamber wall is important since the chamber life usually relates to such strain and deformation. The primary objective of the present study is to establish a method to obtain experimental data on strains and deformations for correlation with the numerical data. In this study, residual strains and radiographs of a combustion chamber were obtained by applying neutron diffraction method and neutron radiography. Furthermore, two-dimensional nonlinear finite element method (FEM) analyses were conducted to calculate the residual strain in the chamber wall. From data of strain measurements, the feasibility of neutron diffraction method for a combustion chamber was shown because the data from X-ray diffraction method and FEM analyses qualitatively corresponded with those from neutron diffraction method. Concerning neutron radiography, higher spatial resolution was necessary to observe chamber wall deformation.