不安定性励起による混合促進を用いた超音速燃焼の制御に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450082
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 河野 通方 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (60011194)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 氏家 康成 日本大学, 生産工学科, 教授 (20060197)
• Keywords: 圧縮性流れ / 不安定性 / 混合促進 / 燃焼促進 / スクラムジェット・エンジン

Research Abstract

本研究は,超音速空気流中における空気と燃料の混合の促進および燃焼の促進を,実験的に調べることを目的としている.空気流と燃料流の間に形成される混合層に対して,外部から音波じょう乱を入射することでその不安定性を励起する.音波じょう乱の発生源として,本研究では流路壁面に設けたキャビティ(くぼみ)を用いた.音波じょう乱の入射により乱流混合が促進され,混合層の成長率が増大することが期待される.また混合が促進されることで,燃焼効率が増大することが期待される.
非燃焼実験.本研究では,燃焼実験に先立って,燃焼を伴わない非燃焼実験を行った.実験の最初の段階として,音波じょう乱が混合層の成長率に及ぼす影響をまずは明らかにするためである.測定は,ピトー圧測定,シュリーレン像の撮影を行った.シュリーレン像の撮影には,購入した設備備品のイメージインテンシファイア内臓CCDカメラ(DiCAM-2)を用いた.音波じょう乱を入射した場合,ピトー圧分布,シュリーレン像のいずれからも,音波じょう乱を入射しない場合と比較し混合層の成長率が増大したことが示された.これより,音波じょう乱の入射は超音速流れ場中に形成される混合層の混合促進に有効であることが示された.
燃焼実験.次に,「混合促進」が「燃焼効率」に及ぼす影響を調べるため,燃焼を伴う混合層に音波じょう乱を入射し,燃焼効率の変化を調べた.燃焼効率は,燃焼器内の壁面静圧分布から算出した.音波じょう乱を入射した場合,入射しなかった場合と比較して燃焼効率は増大した.また,より強い燃焼モードが安定して維持されることが確認された.
以上より音波じょう乱の入射は,混合の促進および燃焼効率の増大に有効な手段であることが明らかになった.

Research Products

• [Publications] 天野卓也, 窪田一機, 荒木幹也, 芝世弐, 津江光洋, 河野通方: "超音速燃焼に及ぼす音波じょう乱の影響"日本機械学会論文集(B編). 第66巻, 第644号. 1211-1216 (2000)
• [Publications] 荒木幹也, 原田素規, 小倉祐一, 岡井敬一, 津江光洋, 河野通方: "超音速二重せん断層の発達に及ぼすスパン方向渦の蛇行の効果"日本航空宇宙学会論文集. 第48巻,第556号. 26-32 (2000)
• [Publications] Mikiya ARAKI, Jun OSAKA, Shinji NAKAYA, Mitsutohi OSHITA, Mitsuhiro TSUE, Michikata KONO: "A Study on Three-Dimensional Disturbances in a Compressible Shear Layer"JMSE International Journal (Series B). Vol.45, No.1. 91-96 (2002)