| 研究課題/領域番号 |
15H02323
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
佐藤 哲也 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80249937)
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| 研究分担者 |
津江 光洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50227360)
土屋 武司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50358462)
田口 秀之 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究領域リーダ (90358515)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 極超音速機 / 極超音速エンジン / 機体推進統合制御 / SiC 粒子添加可視2色法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、空気吸込式エンジンを用いた極超音速輸送機の実現に向けて、鍵技術となる機体／推進相互干渉効果を解明し、サブスケール実証機（HIMICO）によるマッハ4超音速燃焼風洞実験(RJTF実験)を行うことを目標とする。2016年度の成果は、以下の通りである。
(1) 機体システム、制御システムの設計、製作：HIMICOの1/4スケールの実験機模型を製作し、パイロット風洞設備においてマッハ4風洞実験を行い、相対的に大型のRJTF実験における風洞設備始動性を確認した。また、HIMICO実験機本体（全長1.5m程度）の熱構造設計と艤装設計を実施し、機体主構造（フレーム、ストリンガー、先端部品等）の製作を行った。また、HIMICO最適化軌道設計および機体可動翼と推進可動部の制御系、燃料供給系、計測系の仕様を固め、それに基づいた極超音速機制御装置（フライトコンピュータ）を設計した。
(2) 推進システムの実証研究：HIMICO用エンジンの横滑り効果（β=2.5-5.0°）を超音速風洞実験により取得し、インテーク性能の悪化およびバズ発生限界の変化についての知見を得た。CFD解析により、実験における全圧回復性能低下の原因が側壁可動部の隙間からの漏れであることが判明した。また、燃焼器試験を実施し、RJTF実験条件において自己着火が困難であることがわかり、対策を講じた。
(3)小型ラム燃焼器の検証実験と非接触温度計則手法の検討：SiC 粒子添加可視2色法の高精度化および実証試験を実施した。粒子濃度と放射率の関係について、対向流拡散火炎バーナを用いた実験を行い、SiC粒子濃度は計測温度に影響を与えるが、粒子濃度が低い領域においてはその影響は無視できることが確認された。この手法を用いて、PCTJ アフターバーナ模擬燃焼器内部の温度分布の計測を行い、定量的な温度分布計測が可能であることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
全体的には大きな問題はなく進んでいるが、昨年度からの遅れを引きずって、今年度予定していた飛行制御装置の製作を行うことができなかった。この理由として、飛行制御装置に接続される各機器の変更が発生し、それに伴い飛行制御装置の仕様決定が遅れたことがあげられる。
その他、各研究の進捗に関して以下に示す。機体に関しては、空力、構造、艤装、耐熱の仕様が決定し、最終的なRJTF実験が実施可能であることの目処を立てることができた。しかしながら、機体構造の機体製作費用が当初の見積もりよりも高くなっていることが問題となっている。推進系に関しては、実験、数値解析ともほぼ予定通りに進み、インテーク性能の向上、安定な燃焼と燃焼効率の向上、耐熱性についての課題に対する解決策を構築した。数値解析では機体との統合解析を実施するためのコードを構築した。２色温度計測法に関しては、実験の結果、安価で簡便な温度計測手法が構築できる目処がたった。年に４回、本研究に関わるメンバーが集って研究会（HIMICO研究会）を開催し、成果の進捗の確認、インターフェイスの調整を実施した。また、JAXA主催の宇宙輸送シンポジウムにおいて、特別セッションを設け、外部に成果発表をした。
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| 今後の研究の推進方策 |
2017年度は科研費の最終年度であるため、研究を加速させ、RJTF実験による機体推進統合制御の実証を行う。(1)機体系については、長さ1.2 mの極超音速統合制御実験機（HIMICO）を製作し、燃料供給系、計測制御系を組み込む。飛行実験にも対応可能なコンピュータ、データロガー、アクチュエータシステムを製作し、統合制御ロジックを実証する。(2)推進系については、昨年度取り残していたマッハ3.4でのインテークの横滑り実験データを取得し、インテークデータベースを完成させる。また、不具合のあった耐熱システムについて設計変更を行ったため、燃焼実験により確認する。数値解析を進め、実験データを補間するとともに機体との干渉効果を調査する。(3)本課題の最終目標である統合制御実験（RJTF実験）を実施し、推進系統合制御則を確立する。この実験では、空力制御のみならず、熱的構造的な確認ができるため、飛行実験機の詳細設計に反映させる。その他、観測ロケットを用いた飛行試験の実現に向け、研究成果を提案書に盛り込むことでクオリティを上げるとともに、学会発表等による本計画の認知度向上を図る。
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