超音速内部流れに形成されるショックトレーンの振動特性とその抑制法に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450078
• Research Institution: The University of Kitakyushu
• Principal Investigator: 松尾 一泰 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (30037759)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮里 義昭 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (30253537) ; 青木 俊之 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (20150922) ; 片野田 洋 北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (40336946)
• Keywords: 超音速流れ / ショックトレーン / 擬似衝撃波 / 衝撃波・境界層干渉 / 流れの振動

Research Abstract

超音速内部流れに形成されるショックトレーンの流れ方向静圧分布とシュリーレン法、レーザ誘起蛍光法による光学的観察などにより、ショックトレーンの三次元構造と振動特性に関して実験した。また、三次元ナビエ・ストークス方程式を用い、流れ場の数値解析を行った。本年度の研究により得られた成果の概要はつぎのとおりである。
1.断面積一定の直管内に形成されるショックトレーン内部の流れ方向静圧分布を実験的に求めた。円形断面の管に対して提唱されている従来の静圧分布に関する実験式は、矩形断面の管の場合に、管の直径の代わりに管の等価直径を用いても実験結果と若干合わない。矩形断面の管に対して流れ方向の時間的平均静圧分布を有効に推測できる実験式を求めた。
2.断面積一定の直管内で垂直衝撃波と乱流境界層が干渉する流れ場について、ナビエ・ストークス方程式を用いて数値解析し、その結果を上述の実験結果と比較した。流れは強い三次元構造をしているが、これは隣り合う面から発生する衝撃波同士の干渉によるもので、隣り合うコーナー部の衝撃波構造をモデル化すれば、数値解析結果は大体実験結果と一致する。
3.ショックトレーンを含み、流れ方向の多数の点で静圧の時間的変動を測定した。その結果をスペクトル解析した結果、分枝した先頭衝撃波の足元から圧力じょう乱が下流に向かって伝播するとともに、下流の乱流境界層部分から圧力じょう乱が上流に向かって伝播していることが明らかになつた。このような圧力じょう乱の上下流方向への伝播がショックトレーンの振動を誘起していると考えられる。

Research Products

• [Publications] K.Matsuo: "Structure of Shock Train in Constant Area Duct"Proceedings of 5^<th> World Conference of Experimental Heat Transfer and Fluid Mechanics. 3. 1859-1864 (2001)
• [Publications] 半田太郎: "LIF法による垂直衝撃波/境界層干渉内部流れの三次元構造の解明"日本機械学会流体工学部門講演論文集. 408-411 (2001)
• [Publications] 半田太郎: "衝撃波を含むダクト内超音速流れ場の数値解析"九州大学情報基盤センター年報. 2. 35-44 (2002)
• [Publications] T.Handa: "Formation of multiple shocklets in a transonic diffuser flow"Shock Waves. 11. 423-430 (2002)
• [Publications] T.Handa: "Mechanism of Shock Wave Oscillation in Transonic Diffusers"AIAA Journal. 41-1. 64-70 (2003)