超音速内部流動におけるポスト・ショック・エクスパンジョン現象の解明と応用

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452119
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松尾 一泰 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (30037759)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 俊之 九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (20150922)
• Keywords: 超音速流れ / 衝撃波 / 境界層との干渉 / ポスト・ショック・エクスパンジョン / 内部流れ

Research Abstract

1.平板上の乱流境界層と弱い垂直衝撃波が干渉する流れ場について解析的研究を行った。その結果、ポスト・ショック・エクスパンジョンは境界層の内部ではなく、外側の領域において生じること、またそれが起こる領域は衝撃波上流マッハ数が大きいほど広がり、その最大強さの点はマッハ数の増加とともに衝撃波の下流方向および境界層の外縁より離れる方向に移動することが明らかになった。
2.吸込式風洞を用い、種々の形状の超音速ノズルにおける衝撃波と境界層の干渉について実験的に研究した。その結果、衝撃波による境界層のはく離が起こるとポスト・ショック・エクスパンジョンが境界層の外側の領域で観察され、その領域は前項の解析結果と定性的に一致した。境界層のはく離は衝撃波の強さすなわちマッハ数と、境界層レイノルズ数のみならず、主流の圧力こう配にも依存する。本研究では、超音速ノズルのスロ-ト下流における広がり角が大きいほど衝撃波との干渉による境界層のはく離が生じやすいことが観察された。これらの実験結果を考慮して、ポスト・ショック・エクスパンジョンの発生基準について検討することが今後の課題として残されている。
3.超音速内部流動における垂直衝撃波が乱流境界層と干渉する流れ場は時間的に変動する非定常流れである。ポスト・ショック・エクスパンジョン現象はこのような非定常流れの時間的平均流れをとったときに現れる現象で、この現象を詳細に解明するには非定常流れの特性を明らかにする必要がある。本研究では流れ場の主要な位置における圧力や衝撃波の変動を詳細に測定し、変動量を統計的に処置し考察した。その結果、衝撃波による境界層のはく離の有無は衝撃波の振動の様相に影響を与えるが、はく離は振動の直接的原因ではないこと、衝撃波の十分下流における圧力〓乱も衝撃波の振動に関係しないことが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 松尾 一泰: "The PostーShock Expansion in a Supersonic Nozzle" Proceedings of the and KSMEーJSME Fluid Engineering Conference. 2. 52-57 (1990)
• [Publications] 松尾 一泰: "Analytical Study on PostーShock Expansion in Transonic Flow" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 319-328 (1990)
• [Publications] 松尾 一泰: "ラインシメ-ジセンサによる衝撃波の振動の計測" 可視化情報. 11. 231-234 (1991)