超音速矩形ダクト内の衝撃波と乱流境界層の干渉及び乱流現象

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650175
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 杉山 弘 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70002938)
• 研究分担者: 新井 隆景 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10175945)
• キーワード: 超音速流 / 衝撃波 / 圧縮性乱流境界層 / 衝撃波と境界層の干渉 / 乱流

研究概要

スクラムジェットエンジンの分離部を模擬した矩形したダクト(断面25mm×64mm、長さ600mm)を設計、製作し、このダクト内で発生する衝撃波と超音速乱流界層の干渉現象と乱流現象を、シュリーレン法と油膜法による流れの可視化、LDVによる平均速度及び変動速度の測定、壁面圧力測定などにより、実験的に調べた。具体的には、矩形ダクト内の上流、中流、下流の3箇所に、衝撃波と乱流境界層の干渉領域を発生させ、干渉現象と乱流現象を調べた。実験は、矩形ダクト入口における流れのマッハ数1.8の場合について行われた。その結果、
(1)超音速矩形ダクト内で発生する乱流境界層の特性
(2)矩形ダクト内で発生する衝撃波と乱流境界層の干渉の構造
(3)上記の干渉領域における流れのはく離現象に及ぼす流れの境界制限(=境界層厚さ/流路の高さの半分)の影響
(4)干渉領域における乱流特性(乱れ強度、レイノルズ応力など)を明らかにした。
なお、矩形ダクト内の衝撃波と乱流境界層の干渉領域における壁面圧力変動については、予備的データを取得した。

研究成果

• [文献書誌] 杉山弘, 賀川武, 新井隆景, 佐藤彰一郎: "超音速矩形ダクト内の衝撃波と乱流境界層の干渉" 第29回流体力学講演会講演集. 157-160 (1997)
• [文献書誌] H.Sugiyama, T.Arai, N.Uno, Y.Wang: "Structure and Turbulence Phenomena of Multiple Shock Wave/Turbulent Boundary Layer Interaction in a Supersonic Duct" Proc.of Int.Conference on Fluid Engineering ICFE'97. Vol.III. 1205-1210 (1997)
• [文献書誌] N.Uno, T.Arai, H.Sugiyama: "Characteristics of Supersonic Turbulent Boundary Layer Flow past a Backward Facing Step" Proc.of Int.Conference on Fluid Engineering ICFE'97. Vol.III. 1217-1221 (1997)
• [文献書誌] 杉山弘, 賀川武, 新井隆景: "超高速矩形ダクト内の衝撃波と乱流境界層の干渉および乱流現象" 第38回航空原動機・宇宙推進講演会および第8回ラム/フ-クラムジェットシンポジウム講演論文集. 54-57 (1998)