2021 Fiscal Year Research-status Report
Three Dimensional Air Intake Geometry Optimization and Total Energy Efficiency Improvement of Supersonic Flight Vehicle Conidering Boundary Layer Ingestion
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21K04491
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
丸 祐介 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (20524101)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 哲也 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80249937)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | エアインテーク / 超音速飛翔体 / 境界層 / 空気吸込式エンジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙輸送機の機体形状として軸対称形状を想定し，これに適合する三次元インテークをBusemannの方法を用いて設計した．具体的には，軸対称の機体形状の周囲を囲うように，バームクーヘン状の流路のインテークを設計した．設計したBusemannインテークを有する機体に対してCFD解析を行って特性を評価した．予想した通り，機体表面を発達する境界層の影響が大きいことを再認識した．一方で，境界層を考慮し，流路を単純に拡大することで性能が大幅に改善する目処を得た．境界層を考慮した流路形状設計の有効性や意義を確認することができた．
全機まわりの風洞実験により，機体を囲うようにインテークを配置することで，機体抵抗増分を抑制できることを確認した．この点でも，本研究の基本的アイディアがメリットを有することを示すことができた．
CFD解析の妥当性検証を含め，風洞実験による評価を行うにあたり，境界層厚さとの関係から，ある程度インテーク流路のサイズを確保する必要がある．そこで，同様にBusemannの方法により風洞実験に適した矩形形状のインテークを設計し，その設計に基づいて風洞実験模型を製作した．製作した模型を用いた風洞実験を行い，第一に，インテークとしての基本的機能を確認することができた．また，CFD解析の妥当性評価に資するデータを取得した．風洞実験およびCFD解析ともに，評価手法を確立することができ，得られた結果から，研究の方向性や有効性を確認することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
風洞実験とCFD解析の２つの研究手段を確立することができたため．また，現在までに得られた結果から，境界層を考慮した流路設計の必要性と有効性の目処を得ることができ，研究の方向性や目的，意義を確認することができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに確立できた風洞実験とCFD解析を両輪に，研究を進めていく．風洞実験の機会は限定的であるため，CFD解析に力点をおいて，境界層の影響を考慮したインテーク流路形状の設計を実施する．また，Boundary Layer Ingestionの概念についても調査を引き続き進め，超音速加速機への適用を検討していく．
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