| 研究概要 |
スクラムジェットは,飛行マッハ数が6程度以下では亜音速モード燃焼,それ以上では超音速モード燃焼を行うことによって,広いマッハ数範囲で高い性能を維持できる。このモード間の遷移は,燃料と空気の混合及び燃焼とその発熱により生じる擬似衝撃波の相互干渉によって作り出される複雑な現象であり,詳細な機構は未だ解明されていない。本研究では,この遷移機構を解明するために,相互に干渉している現象を切離しながら同様の状態を作り出し,それぞれの現象を独立に変化させることによって互いの影響を調べる。
超音速ダクト流れの壁面にプラズマトーチを設置し,作動気体として窒素あるいは水素/窒素混合気を用い,投入電力と水素体積割合を変化させて流れの状態を測定した。投入電力及び作動気体の水素割合の増加に伴って,ダクト出口断面のマッハ数分布が一般化チョーク条件を満足した時に,プラズマジェット噴射による衝撃波が擬似衝撃波に発達し,上流へ遡り始める。この時,プラズマトーチの噴射孔からダクト出口までの壁圧はほぼ一定であった。擬似衝撃波の先頭位置が上流に遡るほど,噴流と空気流の混合が進むが,噴射孔より下流までショック・トレインが見られる間は、噴流の主流中への貫通は改善されない。
擬似衝撃波の先頭が,ダクト高さの約2倍以上上流に達すると,壁圧分布が噴射孔の真上付近にピークを持ち下流で減少していく。またこの時ショック・トレインは噴射孔上流にしか見られず,燃焼が亜音速モードに遷移したことを示す。出口面で測定した発熱量は主流が準1次元的に熱的チョークするに必要な値より低かった。燃焼モードの遷移により,噴流の貫通は向上するが,水素質量分布の最大値や燃焼効率に急激な変化は見られなかった。
以上から,発熱によって一般化チョーク条件が満足されると擬似衝撃波が形成され,それが十分上流に遡ると燃焼モードが遷移することが分った。
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