| 研究課題/領域番号 |
18K03957
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
苅田 丈士 中部大学, 工学部, 教授 (50358545)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 擬似衝撃波 / 断面積 |
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| 研究実績の概要 |
超音速タービンは超音速で噴出するガスでタービンを駆動する。ガスは下流で亜音速に減速して圧力回復する。このとき擬似衝撃を形成するが、擬似衝撃波の形成機構に理論的に不明な点が多く、タービン初期設計段階での性能推算値には大きな不確かさが含まれていた。そのため大型計算機でのシミュレーションや実際のタービンを使った実験を行うまで、設計したタービンの性能は不明なままであった。この研究では、初期段階で使用する準一次元計算法で、正確に擬似衝撃波を含む超音速タービンの性能を計算することである。そのために擬似衝撃波のモデル化を行って計算方法を構築し、実験によって検証する。
タービン内に生じる擬似衝撃波流れは（１）流路断面積変化の影響と、（２）膨脹波の入射の影響を受ける。2018年度は（１）の準一次元計算法を作成し、直線的な拡大管を用いた過去の実験結果と比較し検証を行った。下流から等エントロピー1次元計算による計算を行う一方、超音速流入する上流からの流れに対しては、下流の上昇圧力によって厚くなる境界層によって衝撃波が発生する計算を行った。上流および下流それぞれの流れによる反力と管入口・出口における運動量の釣合から、擬似衝撃波発生位置を求めた。その結果、これまで困難であった擬似衝撃波終了位置の特定が可能となった。また衝撃波開始位置も実験結果とよく一致した。
実験は学科で学生実験に使用する既存のマッハ２風洞を使用することとした。模型は学生実験用の翼模型の一部の部品を交換することで、本研究の超音速実験用に使用できる見通しとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実験は模型を風洞に取り付けて通風することはできなかったが、光学観察部の部品の製作で実施可能な状態である。光学系、圧力測定系をあわせ、計測システムは準備が終了している。費用を一部繰り越しているが超音速での実験のための実験部品の製作や、翼形状を変更した模型の製作、圧力計測点あるいは測定レンジの変更が出た場合のセンサーの購入に使用する予定である。
計算プログラムは、断面積変化の効果についての作業が終了したので、若干進捗が早かった。C言語でのポログラムで計算を行えそうであり、手持ちのコンパイラーを使用している。
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| 今後の研究の推進方策 |
計画通り、翼型模型を用いたマッハ2での擬似衝撃波の実験を行う。上流圧を調整し、擬似衝撃波の発生位置をパラメーターとするデータを取得する予定である。マッハ２風洞では断面積変化の効果のみの実験も行えるので、状況をみてデータ取得を検討する。
膨脹波の効果をモデル化し、まずは膨脹波の効果だけを入れた準一次元流計算プログラムを作成し、実験との比較、検証を行う。その後、断面積変化もあわせ一般化した計算プログラムとする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
風洞模型に学科学生実験用のものを使用することができるようになったため、また模型の調整試験を行えなかったため、2019年度へ使用額が生じた。既存模型を使用するための追加部品の製作と、予定の模型（第二期）製作費に充てる。Fortranで計算する予定であったが既存のC言語コンパイラーと既存のPCで計算できたため、2019年度使用額が生じた。但し今後の計算負荷の状況によっては、ソフトあるいはPCを購入する可能性がある。
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