超音速矩形ダクト内の衝撃波と圧縮性乱流境界層の干渉現象の解明と制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650152
• Research Institution: MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 杉山 弘 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70002938)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 溝端 一秀 室蘭工業大学, 工学部, 講師 (00271875) ; 新井 隆景 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10175945)
• Keywords: 擬似衝撃波 / 衝撃波・境界層干渉 / 超音速流れ / 乱流 / レーザードップラー流速測定(LDV) / パーティクルイメージング流速測定(PIV) / シュリーレン法 / スクラムジェット

Research Abstract

本研究では、スクラムジェットエンジンの分離部・燃焼器を模擬した矩形ダクトを用い、燃焼器の発熱で発生する圧力上昇に対応させて流路下流側に圧力上昇を与え、擬似衝撃波を発生させ、その際の超音速内部流動と圧縮性乱流境界層の挙動を詳細に調べている。本年度は、昨年度解明不十分であった流れ場構造を詳細に解析するために、以下の事項を実施した。
1.PIV法においてレーザーシート位置を測定胴奥行き方向に変化させることにより、速度ベクトルの3次元分布を計測できる測定システムを構築した。このためにはレーザー光軸の精密な設定が必要であり、そのために必須のレーザーパワーメータ(日本カノマックス(株)製)を本補助金により購入した。
2.PIV法とシュリーレン法の同時計測システムを構築した。
3.流体振動の影響を受けない圧力センサー形状を開発し、擬似衝撃波の高周波圧力変動を測定・分析した。
4.本研究に供されている超音速風洞のノズルは2次元形状であるため、測定胴流れの特性は横方向と上下方向で異なる可能性があり、これが流れ構造に影響しているおそれがある。そこで、2次元ノズルを軸回りに90度回転させて流れ構造の変化を観察し、流れ場の2次元性を評価した。
5.油膜法によって衝撃波・乱流境界層の干渉による剥離構造を調べた。
6.以上の測定データを用いて、干渉領域における大規模剥離構造と壁面圧力変動との関連を解析した。
これらによって、矩形ダクト内の衝撃波・境界層干渉現象の基本構造およびメカニズムが明らかになった。得られた知見は、擬似衝撃波制御方法やスクラムジェットエンジンの空気取り入れ口、分離部、および燃焼器の合理的設計方法につながるものと思われる。

Research Products

• [Publications] 杉山弘, 溝端一秀, 新井隆景, 福田浩一, 孫立群, 遠藤清和, 広島敬之: "室蘭工業大学新設マッハ4超音速風洞の気流特性および衝撃波と乱流境界層の干渉現象に関する研究"室蘭工業大学紀要. 第51号. 57-62 (2001)