研究課題
平成29年度は主として1.空力加熱エネルギー回生検証実験と回生電力の解析・推算、及び2.放電気流制御を空力加熱エネルギー回生により賄う自己完結的な空力制御システム実現可能性に関し検討した。1.高速応答性に優れた放電気流制御により極超音速機の空力制御を実現する為、巡航時の空力加熱エネルギーから電力を回生可能な熱電素子に着目し実験及び解析により発電量の推算を行った。高温環境での発電特性に優れたスクッテルダイト型熱電素子を取り付けた楔形模型を製作し、マッハ数7，澱み点温度約800Kの極超音速気流中にて表面温度履歴及びエネルギー回生による電力を計測する極超音速風洞実験を実施した。これを基にした発電量推算の結果、将来型輸送機への利用が検討されている小型マイクロガスタービン程度の発電量を巡航時に確保できる事が判明した。極超音速機機首部の澱み点加熱を利用した発電の場合は冷却側にエンジン冷却用液体水素を利用し、発電モジュールをカスケード構造とし厚みを部位により変化させる事で発電量向上を見込める事も判明した。実機への応用上は、空力加熱エネルギー回生発電により削減される発電機重量と発電面積に応じ増加する熱電素子重量との釣り合いをとる必要がある事も判明した。2.放電空力制御を空力加熱エネルギー回生電力で賄う自己完結的な空力制御システムが成立するかに関し電力収支の観点から実験および解析を行った。平成28年度に解明した放電気流制御のスケール依存性から実機スケールでの空力制御必要電力は数100kWオーダーである。これに対し巡航時に常時エネルギー回生され得る電力は一桁小さいが、本空力制御手法はフラップ等空力舵面を補佐し制御モーメント発生までの機械駆動に要する数秒という巡航速度に対し長い応答時間を数桁早く行う為に一時的に使用するものであるため、回生電力を充電し利用する事で十分に電力収支が合う事が判明した。
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IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.
巻: 249 ページ: 012006～012006
10.1088/1757-899X/249/1/012006
http://daedalus.k.u-tokyo.ac.jp/
