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擬似衝撃波モデルを使った超音速タービン性能計算法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K03957
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分19010:流体工学関連
研究機関中部大学

研究代表者

苅田 丈士  中部大学, 工学部, 教授 (50358545)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードタービン / 超音速 / 遠心力 / 擬似衝撃波 / 性能 / 減速 / 圧縮波 / 亜音速 / 断面積 / 準一次元流れ
研究成果の概要

液体ロケットエンジン等で使用される超音速タービンで発生する損失を、擬似衝撃波モデルを用いて計算する研究を行った。
一般的な擬似衝撃波計算法を開発した(査読論文)。また実験及び数値計算を行い、擬似衝撃波による下流での圧力上昇のタービン性能への影響を明らかにした。(講演会発表2件)。
研究を進める中で、従来の擬似衝撃波メカニズムでは損失を説明しきれないこと、遠心力が擬似衝撃波損失の主要因であることを明らかにした。遠心力を入れた計算法を構築し、実験および数値計算結果と比較し妥当性を確認した。超音速タービンの性能計算では遠心力の減速効果(擬似衝撃波効果)を考える必要があることを示した。(論文投稿中)

研究成果の学術的意義や社会的意義

ロケットエンジンのタービン設計では従来、種々の損失を上げてその影響を検討してきた。実験および数値シミュレーションにおける大きな損失のメカニズムが不明であり、タービン性能向上を行うことが困難であった。従来の擬似衝撃波モデルを適用するだけでは、損失を説明できなかった。
今回の研究により、高速で急激に流れの向きをかえるタービン内の流れに働く遠心力が、タービン内の流れに大きく影響し、性能を下げていることが明らかとなった。損失を抑制するための方法についても提案を行った。
今後の超音速タービン設計において本研究の知見や計算方法を活用することで、高性能なタービンを設計することが可能となった。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020 2018 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Way to Mitigate Force-Fight Oscillation Based on Pressure and Position Compensation for Fly-by-Wire Flight Control Systems2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi KANDA and Kento HIKOSAKA
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 63 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.2322/tjsass.63.1

    • NAID

      130007779827

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 超音速タービンの遠心力が翼列間流れに与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      稲垣達也、苅田丈士、中井亮夫
    • 学会等名
      日本機械学会 2021年度 年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超音速タービン翼周りの流れの研究2020

    • 著者名/発表者名
      中井亮夫、苅田丈士
    • 学会等名
      流体力学講演会/ 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム 2020オンライン
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超音速タービン翼周りの流れの研究2020

    • 著者名/発表者名
      浅野達郎、大熊康敬、苅田丈士、濱津正行、中村勝彦
    • 学会等名
      2019年度日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋期大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 拡大流路における擬似衝撃波の研究2018

    • 著者名/発表者名
      彦坂健人、苅田丈士
    • 学会等名
      第55回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋期大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 苅田研究室・超音速タービンの研究

    • URL

      https://www3.chubu.ac.jp/faculty/kanda_takeshi/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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