超音速内部流れにおける衝撃波と乱流境界層の非定常干渉現象の解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550136
• 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: 湊 亮二郎 室蘭工業大学, 工学部, 助手 (20360969) ; 新井 隆景 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10175945) ; 溝端 一秀 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (00271875)
• キーワード: 擬似衝撃波 / 衝撃波・境界層干渉 / 超音速流れ / 乱流 / 剪断力 / 液晶 / 数値流体力学 / スクラムジェット

研究概要

次世代宇宙輸送システムすなわちスペースプレーンのエンジンとして期待されている「超音速燃焼ラムジェット(Supersonic Combustion Ramjet : SCRamjet : スクラムジェット)エンジン」を構築するには、超音速空気取り入れ口や分離部の流体力学的特性を詳細に探究し、流体力学的側面からの最適設計指針を確立する必要がある。特に分離部の内部における衝撃波と乱流境界層が干渉した流れの構造・特性を詳細に解明することが肝要である。そこで本研究では、スクラムジェットエンジン分離部の流体力学的特性を解明し最適設計指針を得ることを目指して分離部を模擬した矩形ダクトの内部の衝撃波・境界層干渉流れの構造・特性を詳細に解明する事を狙った。
この目的から、以下の事項を実施した。
1.ダクト壁面上の非定常な剥離流れによる摩擦力分布の変化を剪断力感応液晶を壁面に塗布することによって可視化した。これによって、壁面上剥離流れの構造を捉えるための新手法が構築された。
2.ダクト壁面の随所に高速応答型圧力センサーを埋め込み、衝撃波・境界層干渉現象にともなう圧力分布の高速変化を捉えた。このための高速応答型圧力センサーを本補助金によって購入した。
3.数値流体力学(CFD)解析によって、流れ場の詳細構造の再現を試みた。これによって、実験では取得困難な任意の位置・時刻の任意の物理量の分布・変化が解析され、実験で観察・取得されるデータに隠された物理的メカニズムが把握できるようになった。
(640字)

研究成果

• [文献書誌] 孫立群, 杉山弘, 溝端一秀, 福田浩一, 広島敬之: "衝撃波を伴う超音速内部流動に関する研究(2次元平行流路内のマッハ2擬似衝撃波の内部構造に関する数値解析による検討)"日本機械学会論文集(B編). 69巻680号. 772-778 (2003)
• [文献書誌] 福田浩一, 杉山弘, 溝端一秀, 孫立群: "正方形ダクト内のマッハ4擬似衝撃波の流れ構造に関する実験的研究"可視化情報学会論文集. Vol.23, No.5. 39-45 (2003)
• [文献書誌] 福田浩一, 杉山弘, 溝端一秀, 遠藤清和, 孫立群, 広島敬之: "衝撃波を伴う超音速内部流動に関する研究(マッハ4擬似衝撃波の内部構造に関する実験的研究)"日本機械学会論文集(B編). 69巻683号. 1570-1576 (2003)
• [文献書誌] L.Q.Sun, H.Sugiyama, K.Mizobata, K.Fukuda: "Numerical and Experimental Investigations on the Mach 2 Pseudo-Shock Wave in a Square Duct"Journal of Visualization. Vol.6, No.4. 363-370 (2003)
• [文献書誌] H.Sugiyama, K.Fukuda, K.Mizobata, L.Sun, R.Minato: "Experimental Investigation on Shock Wave and Turbulent Boundary Layer Interactions in a Square"International Gas Turbine Congress 2003 Tokyo. (2003)