| 研究課題/領域番号 |
12450075
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
辻本 良信 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50112024)
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| 研究分担者 |
横田 和彦 名古屋工業大学, 機械工学部, 助教授 (70260635)
坂爪 則夫 宇宙開発事業団, 宇宙輸送システム本部, 主任開発部員
吉田 義樹 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (80240836)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2001
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| キーワード | Mach Disk / Cap Shock / Free Shock Separation / Restricted Shock Separation / Trapped Vortex / フィルム冷却用段差 / CTPノズル / 3次元非定常CFD |
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| 研究概要 |
本研究ではロケットノズルに生じる横推力発生メカニズムの解明を目的として、3つの方法で研究を行った。
まずLE-7Aノズルの起動時に関して3次元非定常CFDを行った。これから横推力発生には剥離形態の非対称、即ち剥離後再付着しないFree Shock Separalion(FSS)と剥離後再付着するRestricted Shock Separation(RSS)の同時発生が横推力発生時を発生させることが判明した。
次にLE-7Aノズルの子午断面を用いた2次元平面流モデルCFDを行い、実機スケールにおいて、非対称な流れ場を観察した。このシミュレーションでは、主に実機に設けられたノズル内部のフィルム冷却用段差の影響について詳細に調べた。その結果、起動時・停止時ともにフィルム冷却の有無にかかわらず、横推力に対して、段差が大きく影響していることがわかった。特に起動時とフィルム冷却を行わない場合の停止時には、一定の圧力比の範囲で剥離点の移動が段差で捕獲され、ある圧力比に達すると急激かつ非対称に段差とノズル出口との間で移動するという現象が観察され、横推力発生のメカニズムとして、これまでに示されていない新たな要素が確認された。
さらに、新たに製作した超音速ノズルを用いて2次元サブスケールモデル実験を行った。この結果、3次元CFDと同様に、起動・停止時に流れ場が非対称になり、2つの剥離形態,FSSとRSSの同時発生が確認された。ただし、2次元モデル実験においては、実験条件によっては、衝撃波に起因する側壁の剥離により流れ場の3次元性が生じノズル壁面における剥離形態に影響を与えることが判明した。このような事例は、詳細な研究が行われていないために、今後の基礎研究を行う上で重要なデータになると考えられる。
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