2017 Fiscal Year Annual Research Report
Clarifying Mach Number Effect for Supersonic Mixing and Developing Mixing Enhancement Device
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15K06605
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
新井 隆景 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10175945)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 昇史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70244655)
比江島 俊彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60316007)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超音速縦渦 / 渦崩壊 / スクラムジェット / 超音速混合 / 乱流混合 / PIV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スクラムジェットエンジンを実用化するためには，広い飛行マッハ数，特に高マッハ数で作動をすることが求められる．本研究はその開発の基盤技術である超音速混合に極めて有効であるとされている強い超音速縦渦が高マッハ数において導入されず，かつその崩壊が遅れる問題が指摘されている．本研究は，高マッハ数における超音速乱流混合促進法の開発を目的としてた。超音速縦渦の崩壊には、その縦渦で形成される循環の値が大きく関係していることを明らかにした。特に、高マッハ数では導入される循環値が小さく、崩壊が遅れることが秋かになった。その結果を受け、ランプ形状の縦渦発生装置に後退角を付けることを提案し、実験を行った。循環の大きさは後退角で変化し、後退角が小さいほど循環は大きく、崩壊も早いことが分かった。次に、この縦渦発生装置を後マッハ数（マッハ数３）の流れ場に挿入し、実験を行い、その効果を確認した。
以上の結果を踏まえ、形成される循環に寄与する基本的流れ場を考察し、縦渦発生装置直後の流れの様相が循環値を決めるファクターになっているこを、数値計算により確認した。一方、理論的・解析的な研究から、縦渦崩壊には、循環のほか、渦で形成される速度欠損が大きく影響を及ぼすことが示唆されいることから、縦渦崩壊現象を循環と速度欠損の比を無次元で表すパラメータ（無次元数）を導入し、データを整理した。その結果、提案した無次元数で現象がほぼ整理でき、縦渦発生装置の設計指針に使用できることを示した。
以上のように、高マッハ数で渦崩壊が遅れること、その原因は大きな循環が導入されないことである。大きな循環を導入するために後退角を持つ縦渦発生装置を考案し、その効果を確かめるとともに、その流れ機構を明らかにし、縦渦崩壊を支配するパラメータ（無次元数）を提示した。
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