スクラムジェットエンジン内の極超音速反応流

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01302024
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 藤原 俊隆 名古屋大学, 工学部, 教授 (90023225)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 弘敏 東京大学, 工学部, 教授 (30114466) ; 中村 佳朗 名古屋大学, 工学部, 助教授 (80115609) ; 手島 光司 京都教育大学, 教育学部, 教授 (90026104) ; 麻生 茂 九州大学, 工学部, 助教授 (40150495) ; 林 光一 名古屋大学, 工学部, 助教授 (60156437)
• Keywords: スクラムジェット / 極超音速流 / 乱流火炎 / 混合 / 酸水素反応 / レ-ザ-誘起蛍光法 / 乱流模型 / 数値解析

Research Abstract

スクラムジェット・エンジン内の極超音速反応流の問題を解決するに当って、実験と計算の両方から次の様な研究がなされた:(i)衝撃波管を用いた流体力学及び燃焼化学。(ii)極超音速流中における混合実験。(iii)数値解析による極超音速混合、三次元せん断乱流の構造、斜めデトネ-ションによる定常燃焼の問題点、二次元せん断乱流火炎の構造、超音速空気流中への水素噴射による燃焼の二/三次元乱流解析である。
衝撃波管内に短時間実現される極超音速流、高温、マッハ反射後方のせん断流を用いて、極超音速混合のパタ-ン、酸水素着火過程、管壁表面効果などが明らかにされた。衝撃波管を衝撃風洞にした極超音速流実験では、1000ー2000Kの澱点温度で、極超音速混合実験が開始されている。
ア-クジェット電気推進器からの排気噴流を用いて、容易に実現される秒速8kmかつ澱点温度数万度の定常極超音速流は、運転時間として30分は十分とれるので、横からのジェットとの混合実験に適している。現在の処、ヨウ素をシ-ドしたアルゴン連続レ-ザ-誘起蛍光法により、乱流混合の可視化に成功した。発振時間0.23マイクロ秒の、パルス型色素レ-ザ-による可視化が次の課題である。これにより高速の乱流混合の様子が見られるだろう。
数値解析によって扱われている問題は、上述の如く極めて多岐に渡っている。直接シミュレ-ション手法によって、乱流混合、乱流火炎、斜めデトネ-ションが解析され、これらの知識に基いて、最終的に最適の乱流模型に基く、極超音速燃焼の問題が解かれる。現在の処、乱流模型として最も簡単なBaldwinーLomax型が用いられている。燃焼反応と分子拡散の効果を含む乱流模型を作りたい。

Research Products

• [Publications] T.Murayama: "Thermally and Chemically Nonequilibrium Hypersonic Flow in ThreeーDimensional Geometry" Proceedings of Inthernational Symposium on Space Technology and Science(ISTS). 17. 927-932 (1990)
• [Publications] X.Chang: "Radiative Heat Transfer from Nonequilibrium Shock Layer in a Hypersonic Reentry Body" Proceedings of ISTS. 17. 921-926 (1990)
• [Publications] A.Sasoh: "Equilibrium and Nonequilibrium Radiation Heat Transfer over a Reentry Blunt Body" AIAA paper. No.90-2113 (1990)
• [Publications] T.Murayama: "A Numerical Analysis of Hypersonic Shock Layer with Chemical Reactions and Internal Energy Excitation of Molecules" Proceedings of Symposium on Shock Waves,Japan '90. 1. 361-366 (1990)
• [Publications] 麻生 茂: "超音速流のミキシングに関する基礎研究" AOTVの気体力学,航空・宇宙分野における三次元流の特性に関する研究,スクラムジェットエンジン内の極超音速反応流、航空・宇宙における流体力学シンポジウム(以下「AOTV等シンポジウム」と略す)発表論文集. 1-4 (1991)
• [Publications] 手島 光司: "非軸対称超音速ジェットの三次元構造" AOTV等シンポジウム 発表論文集. (1991)
• [Publications] 手島 光司: "超音速流中へ噴出するジェットの可視化" AOTV等シンポジウム 発表論文集. 119-122 (1991)
• [Publications] 林 光一: "パルスジェットによる燃焼" AOTV等シンポジウム 発表論文集. (1991)
• [Publications] 吉川 典彦: "反射衝撃波後方の酸水素着火過程と管壁表面効果" AOTV等シンポジウム 発表論文集. 17-22 (1991)
• [Publications] 滝 史郎: "可燃性混合気中の火炎片に及ぼす衝撃波の作用" AOTV等シンポジウム 発表論文集. 131-134 (1991)