スクラムジェットエンジンに関する基礎的研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02302037
• 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: 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) ; 難波 昌伸 九州大学, 工学部, 教授 (50037735) ; 花村 庸治 東京大学, 工学部, 助教授 (00013665)
• 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

本研究は極超音速飛行を行う宇宙往還機等に搭載されるスクラムジェットエンジンに関し、空気取入口、燃料噴出・混合、超音速燃焼、冷却構造及び材料の各分野で重要と見なされる基礎的問題を個別に解明しつつ、総合研究を行うことを目的としている。
本年度空気取入口の分野では、機体境界層の吸込みに伴う複合閉塞現象を数値解析によって明らかにすると共に、始動特性並びに、不始動状態への遷移機構を解明するための実験を開始した。既存の空気源設備に超音速系統を増設し、試験断面での流速がマッハ3となるように超音速ノズルを設定した。スクラムジェットエンジンモデルの内部に、ジェット噴出による擾乱を与え、この擾乱に基ずく垂直衝撃波のエンジン外部への吐出状況を光学計測する。エンジン内部における超音速気流と燃料気体の噴出・混合の分野では、二次元異種気体噴き出しの解析コ-ドをTVD、qーωモデルについて完成した。実験では、水素の単孔噴き出しによる全圧損失分布、水素濃度分布を計測し、両者の相関関係を確認した。さらに前後2孔噴き出しによる干渉効果を明らかにした。また、予燃による加熱超音速気流に、段付き壁から水素を平行噴出させるスロット噴射実験を行い、燃料の拡散と剪断混合に及ぼす温度比、密度比等流れ場のパラメ-タの影響を明らかにした。高負荷冷却構造として、従来1次元的熱輸送要素であったヒ-トパイプの概念を2次元的なものに拡張する冷却構造体を試作した。電気炉で放射加熱し、冷却能を放射温度計で測定する。材料については、セラミックスの高温破壊実験を行ない、超音速パルス法により破壊過程を観察した。