| 研究課題/領域番号 |
19K15217
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
庄司 烈 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (20833172)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 環状燃焼器 / 弱旋回流 / 水素火炎 / 燃焼振動 / 希薄予混合 / モード解析 / 光学計測 / 遷移現象 / 希薄予混合燃焼 / メタン火炎 / 水素 / メタン / 燃焼騒音 / エンジン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ガスタービン・航空機エンジン等の燃焼器で発生する燃焼振動は，強い発熱率・圧力・流速変動を伴うため，燃焼器の破壊に直結する．特に周方向モードの燃焼振動は軸方向モードと比較して抑制されにくいため，燃焼器運用の安全性に係る重要課題である．しかしながら，極度に過渡性の高い遷移区間で圧力・発熱・流速場が密接な相互相関を持つに至るプロセスを解明する実験的研究例はほぼ皆無である．そこで本研究では低旋回予混合燃焼器及び小型環状燃焼器を用いた燃焼試験を行い，遷移区間での発熱率・圧力・流速変動の相互干渉をモード解析等によって分析し，特に流速変動の寄与の観点から周方向モード燃焼振動への遷移プロセスのモデル化を行う．
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| 研究成果の概要 |
実験室スケールの単管及び環状弱旋回燃焼器を用いた大気圧水素希薄予混合燃焼試験中に発生する燃焼振動中の火炎と流れ場の干渉メカニズムを明らかにした。単管燃焼器では、燃焼振動中に渦構造を伴う平坦形状の火炎が世界で初めて観測された。本現象は、強い圧力変動と流速変動を伴う、大規模スケールの渦と火炎の干渉が関与する水素火炎特有の現象であることが明らかとなった。
環状燃焼器では、周方向モード圧力変動のピークが約1300Hz付近に観測された。また、隣接する火炎の干渉により、火炎間の軸方向流速が加速する様子が確認された。火炎の干渉による流速場の変化が、周方向モード燃焼振動の発生と関連している可能性が示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ガスタービン・航空機エンジン等の燃焼器で発生する燃焼振動は、強い発熱率・圧力・流速変動を伴うため、燃焼器の構造破壊に直結する。実機燃焼器においては、軸方向モードの振動に加えて、より抑制されにくい周方向モードの振動が発生する可能性があり、燃焼器運用の安全性に多大な影響を与える。また近年、水素航空機開発の機運が急速に高まっており、航空エンジン用低NOx燃焼器の水素燃料対応に向けた技術開発が世界的に加速している。そのため、本研究成果である水素燃焼器特有の燃焼振動中における火炎や流れ場の干渉理解は、学術的意義及び燃焼振動が発生しにくい燃焼器の最適設計に繋がる技術的試験の獲得に寄与する。
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