圧縮性ジェットの崩壊とそれに伴う空力音発生メカニズムの解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450373
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 中村 佳朗 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80115609)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): メンショ・フ・ イゴール 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (70262871) ; 中西 為雄 山形大学, 工学部, 助教授 (10235799) ; 川添 博光 鳥取大学, 工学部, 助教授 (40260591) ; エブネディン ハミディ・ヘサメディン 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (30303671)
• Keywords: ジェット / 空力音 / せん断層 / ジェットノイズ / 渦 / マッハ波 / スクリーチ音 / 乱流遷移

Research Abstract

今年度は、高速ジェットを作り出す実験装置をさらに改良し、詳細なデータを取得した。特に、今回は、渦を発生させるために、ベーン型のタブを開発した。ノズル出口の縁に周方向に直径に対して対称になるようにタブを設置し、流れ場や音響場への影響を調べた。このとき、設計マッハ数1.33のノズルが使用された。ベーン型タブは2つのモード、つまり、固定モードと自由回転モードが選ばれ、ノズル出口圧力と周囲圧力との比であるノズル圧力比を種々に変えて実験を行った。ピトー管で測定した結果、ベーン型タブは主流方向の縦渦を生成することが分かった。これによりジェットはより外側に広がり、中心軸に沿う速度は減少する。音場の測定では、音圧総量レベル(OASPL)は約10dB減少した。また、スクリーチ音も抑えられた。このときの推進力ペナルテイは1枚のベーンに対して約1.5-2%であった。ベーンの挿入高さ、ベーン角、ベーンの数などのパラメータをふってパラメータスタデイも行われた。その一方で、不足膨脹軸対称ジェットを数値シミュレーションした。マッハ数は1.5、レイノルズ数は10^5である。数値計算コードは、空気4次精度、時間3次精度である。ノズル出口と外側の圧力との圧力比は2である。セル構造やマッハデイスク、ジェットせん断層がきれいに捕らえられた。せん断層では渦が生成され、外側に広がっていく。これら下流方向に移動する一対の渦から発生するマッハ波の音が、下流方向に軸とある角度を持って外側に伝わるのがはっきりと捕らえられた。また、速度発散法を適用することにより、音波のような小さな波が鮮明に捕らえられ、スクリーチ音に対応する音波も捕獲された。

Research Products

• [Publications] 棚橋美治,栗田充,中村佳朗: "極超音速鈍頭物体の底面部圧力におけるジェット干渉効果"日本航空宇宙学会誌. 47・546. 291-297 (1999)
• [Publications] Yoshiaki Nakamura and Hayato Yamaguchi: "Compressible Jet and its Sound Emission"Computational Fluid Dynamics Journal. 8・2. 250-256 (1999)
• [Publications] 棚橋美治,栗田充,中村佳朗: "亜遷音速流中におけるジェット干渉による鈍頭物体底面部での圧力特性"日本航空宇宙学会誌. 47・547. 306-313 (1999)
• [Publications] M.K.Ibrahim and Y.Nakamura: "The Effects of Vane-Type Tabs on Flow and Acoustic Fields of Supersonic Jet"AIAA Paper.. 2000-065. 1-10 (2000)
• [Publications] Igor Menshov and Yoshiaki Nakamura: "Variation Matrices in the Riemann Problem with Application to Implicit Godunou's method"AIAA Paper. 2000-0920. 1-11 (2000)