Development of the dynamic simulator for the hypersonic turbojet engine including unsteady phenomena

• Project/Area Number: 22360358
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: SATOU Tetsuya 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80249937)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): 田口 秀之 宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 主幹研究員 (90358515) ; 小林 弘明 宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 主任研究員 (50353420) ; 小島 孝之 宇宙航空研究開発機構, 航空本部, 研究員 (00373449)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2012: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2011: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2010: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 推進・エンジン / 動的シミュレータ / インテークバズ / 気液二相流 / 非定常シミュレータ / 極低温二相流 / ボイド率計測 / 推進 / ジェットエンジン / 非定常シミュレーション / 二相流 / カルマンフィルタ

Research Abstract

We developed a dynamic simulator for the hypersonic precooled turbojet including the unsteady models of the inlet unstart phenomenon and flow properties of two-phase hydrogen flow. Wind tunnel tests and numerical simulation clarify that the amplitude and frequency of the inlet buzz are determined by the inflow and outflow balance of the inlet and the duct volume located after the inlet. A capacitance-type void fraction meter was newly developed and relationship between the quality and heat transfer rate of the nitrogen was researched. The dynamic simulation agrees with the engine firing test.

Research Products

• [Journal Article] 極超音速ターボジェットに関連する流体技術 (2012)
  • Author(s): 佐藤哲也、田口秀之、小林弘明、小島孝之、本郷素行
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌 Volume: Vol. 60、No.4 Pages: 165-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 極超音速ターボジェットに関連する流体技術 (2012)
  • Author(s): 佐藤哲也
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌 Volume: 66 Pages: 165-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 極超音速ターボジェットに関連する流体技術 (2012)
  • Author(s): 佐藤哲也, 田口秀之, 小林弘明, 小島孝之, 本郷素行
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌 Volume: Vol.60 No.4 Pages: 165-171
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極超音速エンジン用Busemann 型三次元エアインテークの数値解析 (2013)
  • Author(s): 高橋将大、M. Rizal Rosli,佐藤哲也,小島孝之,田口秀之
  • Organizer: 第53回航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 倉敷
• [Presentation] 極超音速ターボジェットの飛行環境模擬試験 (2013)
  • Author(s): 田口秀之、小林弘明、小島孝之、本郷素行、原田賢哉、佐藤哲也
  • Organizer: 第53回航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 倉敷
• [Presentation] An Experimental Study of Instability Phenomenon in a Supersonic Air Inlet (2012)
  • Author(s): Akatuska, M., Sato, T., Makayama, T., Kojima, T., Taguchi, H.
  • Organizer: The Asian Joint Conference on Propulsion and Poser 2012
  • Place of Presentation: 西安(中国)
  • Year and Date: 2012-03-02
• [Presentation] An Experimental Study of Instability Phenomenon in a Supersonic Air Inlet (2012)
  • Author(s): Akatsuka, M., Sato, T., Nakayama, T. Kojima, T., and Taguchi, H
  • Organizer: The Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2011
  • Place of Presentation: 中国
• [Presentation] Development of Advanced Propellant System for Liquid Hydrogen Aircraft (2012)
  • Author(s): Kobayashi, H., Taguchi, H., Kajikawa, K., Sato, T., and Ohira, K.
  • Organizer: The Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2011
  • Place of Presentation: 中国
• [Presentation] 超音速インテークの非定常振動現象に関する風洞実験 (2011)
  • Author(s): 角田直樹, 赤塚将拓, 中山智裕, 宮岡諒, 葛貫泰弘, 佐藤哲也, 小島孝之, 田口秀之
  • Organizer: 宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-20
• [Presentation] Cryogenic Fuel Management on the Precooled Turbo Jet Engine (2011)
  • Author(s): Sato, T., Watanabe, M.Iizuka, H., Arai, T., Goto, Kobayashi H., et.AL.
  • Organizer: 62nd International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: ケープタウン(南アフリカ)
  • Year and Date: 2011-10-06
• [Presentation] Altitude Testing of the Hypersonic Turbojet Engine at Mach 2 Flight Condition (2011)
  • Author(s): Kobayashi, H., Taguohi, H., Kojima, T., Maru, Y., Sato. T., et Al
  • Organizer: 62nd International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: ケープタウン(南アフリカ)
  • Year and Date: 2011-10-06
• [Presentation] 超音速インテーク周りの衝繋波振動現象の研究 (2011)
  • Author(s): 中山智裕, 佐藤哲也, 橋本敦, 小島孝之, 田口秀之
  • Organizer: 第43回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] Investigation on Shock Oscillation Phenomenon in a Supersonic Air Inlet (2011)
  • Author(s): Nakayama, T., Sato, T., Hashimoto, A., Kojima, I., Taguchi, H.
  • Organizer: 41st AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit
  • Place of Presentation: ホノルル(ハワイ)
  • Year and Date: 2011-06-28
• [Presentation] 予冷ターボジェットエンジンの超音速飛行実験飛行実験 (2011)
  • Author(s): 田口秀之, 小林弘明, 佐藤哲也, 他
  • Organizer: 第51回 航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 広島YMCAホール
  • Year and Date: 2011-03-03
• [Presentation] 予冷ターボジェットエンジンの動解析 (2011)
  • Author(s): 小林弘明, 田口秀之, 新井智之, 大塚勝允, 佐藤哲也
  • Organizer: 第51回 航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 広島YMCAホール
  • Year and Date: 2011-03-03
• [Presentation] Cryogenic Fuel Management on the Precooled Turbo Jet Engine (2011)
  • Author(s): Sato, T., Watanabe, M., Iizuka, H., Arai, T., Goto, T., Hirayama, A., Kobayashi, H., Taguchi, H. and Harada, K.
  • Organizer: 62nd International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: 南アフリカ
• [Presentation] Investigation on Shock Oscillation Phenomenon in a Supersonic Air Inlet (2011)
  • Author(s): Nakayama, T., Sato, T., Akatsuka M., Hashimoto, A. Kojima, T. and Taguchi H
  • Organizer: 41st AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit
  • Place of Presentation: アメリカ
• [Presentation] 超音速矩形インテークのバズ特性に関する風洞実験 (2010)
  • Author(s): 八嶋治、宮岡諒、赤塚将拓、中山智裕、佐藤哲也、小島孝之、田口秀之
  • Organizer: 平成22年度 宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2010-12-16
• [Presentation] An Experimental Study on Inlet Buzz Characteristics (2010)
  • Author(s): Nakayama, T., Miyamura, K., Akatsuka, M., Sato, T., Kojima, T, and Taguchi, H
  • Organizer: Asian Joint Conference of Propulsion and Power 2010
  • Place of Presentation: 宮崎
• [Presentation] Dynamic Simulation of Pre-cooled TurboJet Engine (2010)
  • Author(s): Arai, T., Sato, T., Taguchi, H. and Kobayashi, H
  • Organizer: Asian Joint Conference of Propulsion and Power 2010
  • Place of Presentation: 宮崎
• [Presentation] Performance analysis of Mach 5 hypersonic turbojet developed in JAXA
  • Author(s): 小林弘明
  • Organizer: 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference
  • Place of Presentation: Tours, France
• [Presentation] 極超音速エンジン用Busemann型三次元エアインテークの数値解析
  • Author(s): 高橋将大
  • Organizer: 第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 倉敷
• [Presentation] 極低温二相流を対象としたボイド率計の研究開発効率向上に関する研究
  • Author(s): 後藤嵩人
  • Organizer: 平成24年度 宇宙輸送シンポジウム
  • Place of Presentation: 相模原
• [Presentation] 極超音速ターボジェットエンジン用インテークのバズ特性に関する風洞実験
  • Author(s): 間中芳美
  • Organizer: 平成24年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 相模原
• [Presentation] 極超音速ターボジェットの飛行環境模擬試験
  • Author(s): 田口秀之
  • Organizer: 第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 倉敷
• [Presentation] 極超音速予冷ターボジェットエンジン用圧縮機の非設計点における数値解析
  • Author(s): 野地祐矢
  • Organizer: 第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
  • Place of Presentation: 倉敷