二次元超音速ジェットノイズ低減における最適化の研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555259
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 梶 昭次郎 東京大学, 工学部, 教授 (80013704)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 紘 航空宇宙技術研究所, 熱流体力学部, 室長 ; 小竹 進 東京大学, 工学部, 教授 (30013642)
• Keywords: 超音速ジェット / ジェットノイズ / スクリーチ / ショックセル / パルスシュリーレン法 / 音響タブ / ジェットノズル

Research Abstract

次世代超音速機・極超音速機の推進機関である可変サイクルエンジンでは、コアとバイパスの2流を有している。本研究では両方のジェットを2次元ノズルから噴出させることで騒音低減に対する制御性を高め、コアジェットとバイパスジェットにおいて速度分布や温度分布の最適化、多孔プラグノズルによる衝撃波除去、タブ付ノズル及びエジェクタノズルの最適化等の研究を実施し、実用的なジェットノズル形態並びにサプレッサ形態の設計指針を得ることを目的としている。
本年度はまずコアジェット単独について2次元超音速ジェットの基本的流動特性と騒音特性、特にジェットスクリーチの特性を把握することを目標に研究を進めた。超音速ジェットの騒音源を特定するため、ジェット内密度変動の光学計測や側壁面上での変動圧力計測を行った。光学計測においては位相同期パルスシュリーレン法により、スクリーチの音場及び音波伝播の状況を可視化した。その結果、2次元ジェットスクリーチにはジェット振動に対称モードと非対称モードが存在すること、非対称モードでは音波は第3ショックセルの終端付近から発生していること、また第3ショックセル内には伝播衝撃波が存在していること等が明らかとなった。またジェット側壁上に埋込んだ圧力センサにより、ジェット周辺の瞬時圧力分布を計測した。その結果、ジェット中心軸で圧力変動は少なく、剪断層が渦に巻き上がる付近で大きい事実や、圧力場の伝播状況が明らかになった。
音響タブをノズルに付加してジェット騒音の低減効果を計測した結果、ノズル面積の1%程度のタブによりスクリーチの発生を抑止できること、タブはスクリーチ以外の周波数成分に対しても低減効果があること、また推力損失との関係において最適なタブの大きさが存在すること等が明らかとなった。