2015 Fiscal Year Annual Research Report
超音速噴流から発生する非線形音響波の発生機構の解明と定量的予測
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25709009
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
野々村 拓 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, 助教 (60547967)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 宇宙科学 / 超音速噴流 / 空力音響 / 数値流体力学 / 実験流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では数値解析と実験を併用し,超音速噴流から発生する音響波の数値解析の精度の向上を狙う.実験に関してはこれまでの低圧環境下での超音速ジェットを発生させる装置に加え，九州大学の常圧化での超音速噴流発生装置を利用することで音響波の発生メカニズムを議論した．九州大学での装置では，音圧レベルを中心にシュリーレン撮像を組み併せて実験データを取得した．これらの実験において高速度カメラによる撮像が重要であるが，本課題用のカメラの不具合があり，この修理調整に予算を投じて実験が問題なく進むよう配慮した．これにより，本年度は常圧化で若干高いレイノルズ数の条件での音圧の空間分布が得られた．特にノズル内につけた突起の有無による音響波の特性への影響が見られたことが大きい．さらに，低圧環境下での試験に関しては，PIVのデータの詳細化および音圧スペクトルの信頼性評価を中心に行った．
昨年度より進めてきたノズル内で撹乱を与えた超音速噴流の数値解析に関しては，HPCI課題の申請が通り「京」スーパーコンピュータを利用した解析を行った．昨年度の超音速領域で擾乱を与えた解析では衝撃波が強くなりすぎることがわかり，亜音速領域に擾乱を入れて解析することで，衝撃波の強さの変化をある程度抑えつつ擾乱の影響をフェアに比較することができた．結果，層流流入に比べ，強い擾乱を与えた解析では5dB程度下がることが分かった．格子解像度の確認のための解析もすでに行っているが評価はこれからである．
最後に物理メカニズムの観点から，理解を深めるために一様等方乱流および圧縮性せん断層から発生する音響波のDNS解析を合わせて行い，これらの音響波の特性を明らかにした．
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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
実験に関してはこれまでの実験設備の拡充に加え，九大の施設を利用できるようにして信頼できる音響データの取得を可能にした．ノズル内につけた突起の有無による音響波の強さの変化が議論できるようになり，目標に大きく近づいた．数値解析と実験を突き合わせて研究を進めていきたい．またチャレンジングな超音速流れのPIVを継続するため，不具合の出た高速度カメラの修理調整を行った．これにより計測は問題なくできることを確認するとともに，次年度以降のジェットの発達率のより定量的な測定を進められるようにPIV手法の検討をおこなった．
ノズル内で攪乱を与えたジェットの数値解析に関しては，昨年度行った解析では超音速領域に擾乱を入れたことにより衝撃波の強度が大きく変わってしまう問題があったが，ノズル内の亜音速領域から解析し擾乱を亜音速領域に入れることで衝撃波の強度をほとんど変えないで擾乱の影響のみが見られることを示した．その上で，擾乱を入れると，層流流入に比べ5dB程度音響レベルが下がることがわかった．今後すでに計算が終了した格子解像度を変えた解析結果を利用して，より定量的に議論する．最後にこれまで行ってきた一様等方性乱流の解析に加え，時間発展せん断層から発生する音響波の特性を議論した．2つの基本的な乱流場からの音響波発生の特徴を見ることで，音源の強度，周波数特性に関して予測する際に重要となる知見を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度には，これまでに用意した宇宙研および九大の実験装置および数値解析コードを用いて3)衝撃波乱流干渉から発生する音響波を解析する．大規模データが取得できるためデータストレージ等を用意する．また前年度同様流体現象の理解を行うためにデータマイニングを利用する．また28年度後半に全体の成果をまとめ，2dB以内の精度で数値解析をおこなうためにどのような物理現象を解像すべきかを示したい．
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