2023 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 – 2025-03-31
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| Keywords | エアインテーク / 境界層 / 空気吸込式エンジン / 超音速飛翔体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度までの研究により，対象とする超音速エアインテークの流路形状設計上の課題として，(1)超音速ディフューザー部の境界層流路補正，(2)亜音速ディフューザ部での剥離抑制，が識別されていた．2023年度は，まず，(1)の超音読ディフューザー部の流路形状設計の研究を進めた．Busemannインレットの設計パラメータとして，流路出口のマッハ数があり，このマッハ数が，インテークの収縮比を決める．自己始動性を確保でき，かつできるだけ損失の少ない流路形状を設計した．その上で，Busemannインレット形状が，基本的に軸対称流れを利用していることに鑑み，軸対称境界層積分方程式に基づいて，流路の境界層厚さを推算し，推算した厚さ分だけ流路をオフセットさせて流路形状を補正した．このように設計した流路形状について，CFDによって性能や特性を評価し，CFD上は，始動性の確保や，境界層厚さ分の流路補正の有効性を確認することができた．一方，(2)の亜音速ディフューザ部の流路形状設計については，面積変化率のパターンを機械的にいくつか変えた流路を試行したが，剥離を劇的に抑制することはできなかった．結果として，流路全体にわたって一律のパラメータを機械的に当てはめる方法では適切な流路形状を表現できず，柔軟な自由表面を表現する手法の必要性を認識するに至った．研究の成果を反映したインテーク流路形状の風洞実験模型を製作し，風洞実験に供試して，実験的に流路形状設計の有効性を評価する計画であったが，亜音速ディフューザ部の流路形状設計が完了しなかったため，風洞実験による評価は実施できなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
インテーク流路の２つの大きな区分のうちの一つである亜音速ディフューザ部の流路形状設計を完了することができず，評価用の風洞実験模型の製作を行うことができなかった．そのため，超音速ディフューザー部の設計上の工夫の有効性を実験的に評価できなかったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
亜音速ディフューザ部の流路形状設計に対しては，流路全体にわたって一律のパラメータ（面積変化率，など）を調整する方法では不十分であることがわかった．そこで，流路の部分毎にパラメータを設定する方法や，自由形状を表現する手法の適用を検討する．亜音速ディフューザ部の流路形状設計およびその結果を反映した風洞実験模型の製作，さらにその模型を用いた風洞実験の実施を，研究期間を１年延長して行うこととした．
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| Causes of Carryover |
本研究の主たる内容である．インテークの流路形状設計は，大きく超音速ディフューザ部と亜音速ディフューザ部の流路形状設計に分けられる．このうち，亜音速ディフューザー部の流路形状設計について，想定より時間を要することが判明した．流路形状設計に工夫を行った上で，それを反映した流路形状を有する風洞実験模型を製作し，これを用いた風洞実験を行って，インテーク全体の流路形状設計の有効性を評価することを，研究期間を１年延長して行う．
研究費については，流路形状設計結果を反映した風洞実験模型の製作に使用する計画である．
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