| 研究課題/領域番号 |
19K04192
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
大和田 拓 京都大学, 工学研究科, 教授 (40223987)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | Aerodynamic heating / Active TPS / film cooling / hypersonic flow / ILES / 空力加熱 / 衝撃波 / フィルム冷却 / 染み出し冷却 / 衝撃波捕獲スキーム / 陰的LES / 乱流解析 / 亜音速ジェット / 乱流 / レーリー・テーラー不安定 / Hypersonic flow / Aerodynaic heating / counter flowing jet / Shock wave / Turbulence / near-wall streaks / shock wave / counterflow jet / subsonic jet / TPS / Navier-Stokes |
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| 研究開始時の研究の概要 |
亜音速逆方向ジェットによる極超音速飛翔体の翼前縁の熱防御を検討する。最も高温になる淀み点周りの気流の振舞いを圧縮性Navier-Stokes方程式に基づき数値解析極超する。数値解法は代表者が開発したロバストで低散逸な衝撃波捕獲スキームを用いる。計算は京都大学メディアセンターのスーパーコンピュータを使用する。申請期間中の研究の進展によって、衝撃波背後から来る摂氏1000度を超える高温気体と摂氏100度の冷却気体は淀み点近傍で混合し、それらは翼面上で乱流境界層を形成することが判った。衝撃波捕獲スキームは乱流解法であるLES法になり、本研究ではその乱流解析の為のチューニングも併せて行う。
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| 研究成果の概要 |
極超音速機の翼前縁の亜音速逆方向ジェットを使った動的冷却システムに関する流れの詳細な挙動を３次元圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式に基づき数値解析した。迎角５度までの範囲で淀み点近傍から３列のジェットとして噴射された冷媒（低温空気）は翼前縁部を模擬する円筒の上面および下面全体を覆い、レーリー・レーラー、ケルヴィン・ヘルムホルツ等様々な流体不安定現象の発生による高温機体と冷媒の混合促進の中で40~60％の冷却効率を達成した。計算には物理量の再構成にはMUSCLと４次の多項式の重み付き平均が用いられた。この簡便な陰的LESの有効性は等方性乱流のエネルギースペクトルの再現でも確認された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
軍事目的の極超音速飛翔隊は現在すでに一部の国では開発・配備されている。しか民間の極超音速機にはメンテナンスのしやすさや長寿命化が不可欠である。大阪ーシンガポール間を１時間で飛行する極超音速機のノーズや翼前縁は衝撃波背後の高温気体（１５００度）に晒されることから、その実現には動的な熱防御が求められる。これまでの研究ではLPMの超音速ジェットを使用した動的冷却が検討されたが本研究では冷媒の使用量がより少ない亜音速ジェットの場合が検討された。また数値解析法として簡便な陰的LES法が提案され、既存の方法よりも低コストで同等以上の性能を示唆する結果を得た。
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