スクラムジェットエンジンに関する基礎的研究

• 研究課題/領域番号: 02302037
• 研究種目: 総合研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 梶 昭次郎 東京大学, 工学部, 教授 (80013704)
• 研究分担者: 長島 利夫 東京大学, 工学部, 教授 (70114593) ; 河野 通方 東京大学, 工学部, 教授 (60011194) ; 難波 昌伸 九州大学, 工学部, 教授 (50037735) ; 小竹 進 東京大学, 工学部, 教授 (30013642) ; 高原 北雄 名古屋大学, 工学部, 教授 (50211347) ; 谷田 好通 東京大学, 先端研, 教授 (50013628) ; 杉山 善幸 名古屋大学, 工学部, 助教授 (20023046) ; 山崎 伸彦 九州大学, 工学部, 助教授 (70166635) ; 花村 庸治 東京大学, 工学部, 助教授 (00013665)
• 研究期間 (年度): 1990 – 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 21,800千円 (直接経費: 21,800千円); 1991年度: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円); 1990年度: 15,000千円 (直接経費: 15,000千円)
• キーワード: 航空宇宙推進機関 / スクラムジェットエンジン / 超音速空気取入口 / 乱流拡散・混合 / 超音速燃焼 / ヒ-トパイプ / セラミックス

研究概要

宇宙往還機や極超音速機の推進機関として期持されているスクラムジェットエンジンを実現するために、(1)空気取入口関係、(2)燃料噴出・混合関係、(3)超音速燃焼関係、(4)冷却構造及び材料関係について重点的研究を行なった。
(1)空気取入口関係では特に作動の安定性に焦点を合わせ、機体境界層吸入による複合閉塞の問題や、熱閉塞等によるエンジンの不始動状態への遷移、回復による再始動の機構を調べた。その結果、機体境界層によりエンジンが不始動遷移し易くなることや、前緑が後退角を有する側壁カウルの空気取入口では一口不始動遷移を起こしても、再始動し易いことがわかった。また隣接したエンジンモジュ-ル間の干渉機構を解明した。
(2)燃料噴出・混合関係では超音速流中への燃料気体の噴出による流動様式ならびに乱流拡散進程を解明し、効果的な噴出方式を確立することを目的とした。二次元および三次元複孔噴射の実験を行い、噴出燃料の混合効率と噴出に伴う全圧損失の相関関係を明らかにした。また、二次元噴出モデルに対する数値解析手法を確立した。
(3)超音速燃焼関係では、水素燃料による超音速燃焼を実現し、現象を支配するパラメ-タの影響の程度と及ぶ範囲を調べることを目的とした。燃料の噴出形態として主流に平行な場合と垂直な場合について燃焼させ、衝撃波や火炎の光学的観察と圧力・温度の計測などを通じて、発熱反応が流れ場の構造に及ぼす影響を明らかにした。
(4)冷却構造及び材料関係では、高効率の冷却構造を実現するため、従来一次元であったヒ-トパイプを二次元パネル状としたものを試作し、その基本性能を調べた。また、高温耐熱材料としてセラミックスの破壊機構を解明するため、高温炉による実験を行い、結晶粒界の強さと温度の関係を調べると共に、クラック進行過程のモデル化を行なった。