超音速流における衝撃波の自励振現象の解明

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08405063
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 麻生 茂 九州大学, 工学部, 助教授 (40150495)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968) ; 辛島 桂一 宇宙科学研究所, 教授 (80013639)
• Keywords: 衝撃波 / 自励振動 / 超音速流 / 空力加熱 / 非定常流 / 干渉場 / 非平衡 / 超音速混合流

Research Abstract

今年度は超音速流における衝撃波の自励振動現象の解明のために大きく分けて6つのサブテーマから研究を行った。第一に、超音速流干渉場における衝撃波と乱流境界層干渉場における衝撃波の自励振動現象を可視化し、衝撃波の自励振動に関与する境界層剥離が非一様である確証を得た。しかしながら、このような自励振動がいかなる理由で発生するのかについてはその原因を特定できなかった。第二に、超音速流中にジェットを逆噴射した場合に生じる衝撃波の自励振動について数値計算を行い、軸対称ナビエ・ストーク方程式を数値的に解いた計算結果は定性的に実験結果を非常によい一致を見ており、そこで得られた衝撃波の自励振動を実験でも捉えることができるのかが新しい課題となった。これについては来年度実験を計画している。第三に、超音速流中の鈍頭物体に衝撃波によって生じる空力加熱のその防御について研究を行い、フィルムクーリングの有効性について知見を得た。第四に、温度熱化学非平衡現象を伴う衝撃波による非定常空力加熱現象について数値計算を行い、高温化学反応の衝撃波誘起空力加熱現象に及ぼす影響について知見を得た。第五に、超音速流に噴出した二次流による混合流れ場について実験的並びに数値的研究を行い、衝撃波の介在が混合にいかに有効に作用するかを明らかにした。第六に、衝撃波と渦輪の干渉、並びに衝撃波と境界層との干渉について実験と数値計算の両方により研究を行い知見を得た。
以上、今年度の研究課題は当初計画していた内容をほぼ達成できたが、また研究の過程で新たな知見、現象が見いだされ実りあるものであった。来年度以降は今年度の成果をふまえ、さらに新しい事実の発見に向けて研究を推進している所存である。

Research Products

• [Publications] 麻生 茂、前川昌三、辛島桂一、佐藤 清: "種々の可視化法による衝撃波/乱流境界層干渉場の流れの可視化" 日本航空宇宙学会誌. 44. 354-359 (1996)
• [Publications] Shigeru ASO et.al.: "Experimental Study on Heat Protection by Film Cooling in Hypersonic Flows" Proceedings of 20th International Symposium on Space Techology and Science,96-d-20,held on May 19-25,1996,at Gifu,Japan.(1996)
• [Publications] Shigeru ASO et.al.: "Experimental and Computational Studies on Supersonic Mixing by Parallel Injectiors" Proceedings of 20th Internationa Symposium on Space Techology and Science,96-d-33,held on May 19-25,1996,at Gifu,Japan.(1996)
• [Publications] Shigeru ASO et.al.: "Numerical Simulations on Aerodynamic Heating Phenomena in Chemically and Thermally Nonequilibrium" Proceedings of 20th International Symposium on Space Techology and Science,96-d-32,held on May 19-25,1996,at Gifu,Japan.(1996)
• [Publications] 麻生 茂 他: "フィルムクーリングによる鈍頭物体の空力加熱防御の研究" 九大工学集報. 69. 359-363 (1996)
• [Publications] Shigeru.ASO et.al.: "An Example of Code Validation on Three-Dimensional Supersonic Mixing Flows Invited Lectures and Special Technological Sessions of the third ECCOMAS" Computational Fluid Dynamics Conference and the Second ECCOMAS Conf.on Numerical Methods in Engineering,held on Sep.9-13,1996,at Paris,France. 294-299 (1996)
• [Publications] Shigeru.ASO et.al.: "Chemically and Thermally Nonequilibrium SHock Induced Aerodynamic Heating Phenomena" Third ECCOMAS Computational Fluid Dynamics onference,help on September 9-13,1996,at Paris,France. 45-49 (1996)
• [Publications] 麻生 茂 他: "鈍頭模型による弓型衝撃波-乱流境界層干渉場の実験的研究" 日本航空宇宙学会誌. 44. 662-667 (1996)
• [Publications] 麻生 茂 他: "鈍頭突起物に誘導された衝撃波-乱流境界層干渉場の実験的研究" 日本航空宇宙学会誌. 44. 735-740 (1996)
• [Publications] Shigeru ASO et.al.: "A Study on Chemical Reactions in the Strong Shock Wave Reflection Processes" Proceedings of the Second Asian Computational Fluid Dynamics Conference December 15-18,1996,Tokyo,Japan. 99-104 (1996)
• [Publications] Shigeru.ASO et.al.: "Three-Dimensional Supersonic Mixing Flows with Normal and Parallel Injections" Proceedings of the Second Asian Computational Fluid Dynamics Workshop,held on December 19-21,1996,at Tokyo,Japan. 97-102 (1996)
• [Publications] Shigeru.ASO et.al.: "A Study on Supersonic Mixing Flowfield with Swept Ramp Injectors" Proceedings of 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit,AIAA 97-0397,held on January 6-9,1997,at Reno,Nevada,U.S.A.(1997)
• [Publications] Shigeru.ASO et.al.: "Experimental and Computational Study on Reduction of Aerodynamic Heating Load by Film Cooling in Hypersonic Flows" Proceedings of 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit,AIAA 97-0770,held on January 6-9,1997,at Reno,Nevada,U.S.A.(1997)
• [Publications] Syzo MAEKAWA,Shigeru ASO et.al.: "Studies on Separated Flow Structure and Oscillating Separation Shock Waves in Shock Wave/Turbulent Boundary Layer Interaction Regions Induced by Blunt Protuberance" 20th International Symposium on Shock Waves,held at Pasadina,CA,U.S.A.on July 23-28,1995. Vol.I. 759-764 (1996)
• [Publications] Kazuyuki UMII,Shigeru ASO et.al.: "A Study on Three-Dimensional Supersonic Mixing Flow Phenomena" 20th International Symposium on Shock Waves,held at Pasadina,CA,U.S.A.on July 23-28,1995. Vol.I. 355-360 (1996)
• [Publications] Shigeru ASO et.al.: "A Numerical Study of Shock Wave Reflections in Nonequilibrium Chemically Reacting Flows" 20th International Symposium on Shock Waves,held at Pasadina,CA,U.S.A.on July 23-28,1995. Vol.I. 765-770 (1996)
• [Publications] 辛島桂一,藤田昌大: "超音速逆噴射ジェット流れの自励振動" 第28回流体力学講演会 講演集. 137-140 (1996)
• [Publications] T.Minota,M.Nishida and M.G.Lee: "Vortex Ring Impingement on the Wall with Shock Formation" Proc.20th Int.Symp.on Shock Waves. Vol.I. 545-550 (1996)
• [Publications] T.Minota,M.Nishida and G.Lee: "Shock Waves Generated by the Interaction of Two Vortex Rings" Proc.20th Int.Symp.on Shock Waves. Vol.I. 563-568 (1996)
• [Publications] M.Nishida and M.G.Lee: "Reflected-Shock/Side-Boundary-Layer Interaction in a Shock Tube" Proc.20th Int.Symp.on Shock Waves. Vol.I. 705-710 (1996)