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スクラムジェットエンジン内部形状の最適化

研究課題

研究課題/領域番号 03J07299
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関東北大学

研究代表者

河内 俊憲  東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードスクラムジェット / 超音速燃焼 / 拡散火炎 / 燃焼効率 / 混合効率 / 熱流束 / CFD / 数値粘性 / 正味推力 / 内部抗力 / 境界層抽気 / 理論推力 / 達成度
研究概要

極超音速飛行するスペースブレーン用のエンジンとして有望視されている,スクラムジェットエンジン内壁におけるレイノルズアナロジーの妥当性を,数値計算を用いて定量的に議論し,その適用限界を調べた.その結果±10%程度の範囲で,エンジン内壁のおよそ90%でレイノルズアナロジーが適用できることが分かった.そこで,このレイノルズアナロジーを組み込んだ一次元解析により,いくつかのエンジン形状と飛行条件について熱負荷や冷却要求を調べた.例えばストラット付きエンジンでは,マッハ8飛行条件において,エンジン平均熱流束は燃焼時に0.5MW/m2となり,冷却に必要な水素流量は,燃焼用の燃料流量と同程度になることが分かった.従って,今後エンジンの作動マッハ数域を広げるには,冷却要請のおよそ80%を占める燃焼器においてフィルム冷却を行ったり,形状を最適化していく必要がある.
マッハ6飛行条件のストラット付きスクラムジェットエンジンと,そのエンジンの燃焼器の一部を切り出したセクター燃焼器モデルに対して反応流計算を行い,エンジン内の火炎形状が,燃焼性能をどのように決定しているのか,またインレットの偏流が燃焼性能に対してどのような影響を与えているかを考察した.その結果,インレットの偏流により,燃料の大規模な合体が生じ,燃焼効率の増加が著しく抑制されていることが分かった.従って,今後エンジン性能を改善していくには,燃料噴流の合体を防ぐために,燃料噴射孔間隔の最適化を図ること,特にインレットを最適化し,カウル衝撃波による境界層内の二次流を低減していく必要がある.また数値計算で得られた,エンジン内の火炎構造と燃焼効率分布を比較することで,供試エンジンでも,ストラット壁側からの垂直噴射,ストラットベース面・カウル側からの平行噴射を行えば、燃焼性能を改善しうることが分かった.

報告書

(2件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 文献書誌 (5件)

  • [雑誌論文] Numerical Simulations in Scramjet Combustion with Boundary-Layer Bleeding2005

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kouchi, Tohru Mitani, Masatoshi Kodera, Goro Masuya
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power Vol.21 No.2(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Flame Structures and Combustion Efficiency Computed for a Mach 6 Scramjet Engine2005

    • 著者名/発表者名
      Tohru Mitani, Toshinori Kouchi
    • 雑誌名

      Combustion and Flame (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Problems of Numerical Diffusion Found in Scramjets2005

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kouchi, Tohru Mitani, Goro Masuya
    • 雑誌名

      AIAA 13^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference AIAA paper 2005-3216(掲載決定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] スクラムジェット内の火炎構造と燃焼器最適化に関する研究2005

    • 著者名/発表者名
      河内 俊憲
    • 雑誌名

      平成16年度 東北大学博士学位論文

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Heat Flux Prediction for Scramjet Engines2004

    • 著者名/発表者名
      Toshinori Kouchi, Tohru Mitani, Tetsuo Hiraiwa, Masatoshi Kodera, Goro Masuya
    • 雑誌名

      Proceedings of the 24^<th> International Symposium on Space Technology and Sciences Vol.1

      ページ: 20-26

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Scramjet Performance Achieved in Engine Tests from M4 to M8 Flight Conditions2004

    • 著者名/発表者名
      Tohru Mitani, Sadatake Tomioka, Takeshi Kanda, Nobuo, Chinzei, Toshinori Kouchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 24^<th> International Congress of the Aeronautical Sciences

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 河内俊憲, 三谷徹, 平岩徹夫, 富岡定毅, 升谷五郎: "抗力測定によるスクラムジェットの推力性能見積もり"日本航空宇宙学会論文集. 第51巻 第595号. 403-411 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Toshinori Kouchi, Tohru Mitani, Masatosh Kodera, Goro Masuya: "Numerical Simulations in Scramjet Combustion with Boundary-Layer Bleeding"AIAA 12^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. AIAA paper 2003-7038. (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Tohru Mitani, Sadatake Tomioka, Takeshi Kanda, Nobuo Chinzei, Toshinori Kouchi: "Scramjet Performance Achieved in Engine Tests From M4 to M8 Flight Conditions"AIAA 12^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. AIAA paper 2003-7009. (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 三谷徹, 富岡定毅, 苅田丈士, 谷香一郎, 鎮西信夫, 河内俊憲: "RJTF試験におけるスクラムジェット性能達成度"日本航空宇宙学会論文集. 第52巻 第600号. 1-9 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Toshinori Kouchi, Tohru Mitani, Tetsuo Hiraiwa, Masatosh Kodera, Goro Masuya: "Heat Flux Prediction for Scramjet Engines"Proceedings of the 24th International Symposium on Space Technology and Sinece. (掲載決定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2024-03-26  

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