| 研究概要 |
低コストの宇宙輸送システムの要求が高まる中,完全再使用型宇宙往還機の推進機関用ノズルとしてエアロスパイクノズルの実用化が期待されている.現在ロケット推進用に用いられているベル型ノズルと異なり,エアロスパイクノズルでは常に外気とつり合うように膨張するため,単一のノズルで低高度から高高度まで高い性能を維持できる特性を持つ.本研究では,NO-LIF法(レーザー誘起蛍光法)による可視化技術を用いて,リニア型エアロスパイクノズルの膨脹流の任意断面における可視化画像を測定するとともに,気体流と干渉する固体表面の圧力分布計測が可能な感圧塗料(PSP)による圧力計測法を用いて,ノズル噴射時におけるスパイク表面の二次元的かつ連続的な圧力分布測定を行い,それらの結果を解析することによって複雑な噴流構造を実験的に解析した.
本研究で用いたリニア型エアロスパイクノズルは二次元流を仮定して設計を行ったが,考慮していない側方への膨張が推力損失をもたらす可能性がある.側方への膨張を抑制するためにノズルに側壁を設置する手法が提案されており,本研究ではその有効性を検証するため,側壁の有無で異なる噴流構造およびスパイク表面圧力分布を比較した.その結果,側壁の設置により側方への膨張が抑制され,設計通りの噴流構造が得られたことを明らかにするとともに,スパイク表面上に働く圧力も側壁のないノズルに比べて大きくなることを示し,側壁を付けることで推力増加が見込まれることを明らかにした.
さらに,スパイクの一部を切断したリニア型エアロスパイクノズルに対する推力補填の影響を調査した結果,比較的高い圧力比条件ではスパイクの切断面(ベース面)付近で逆流が発生することによりベース面に圧力が働き,推力補填が起こるが,設計圧力比より低い圧力比条件ではこの逆流および推力補填が生じないことを明らかにした.
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