| 研究概要 |
本研究はロケットノズル開発プロセスにおいて問題となる非定常剥離流れに起因した過大な振動(横推力)に着目し,横推力評価に求められる数値シミュレーション技術を検討する。
横推力の原因となる非定常剥離流れを予測するためには,剥離点に着目するだけではなく剥離剪断層の挙動を正確に捉え,局時的な変動も含めた詳細な流れ構造を理解することが求められる。これまで開発段階で利用されてきたRANS手法に比べ,近年発展が目覚ましいLES手法は計算モデルへの依存性がより少ないため,非定常剥離流れを精度よく解析することが可能である。そこで,超音速剪断層の計算に求められるLES手法の特性を理解するために,実験データが豊富な超音速ジェットの剪断層挙動を解析した。その結果,計算手法や格子解像度が剪断層の変動,また剪断層の変動に起因して生じる圧力波の周波数・振幅に与える影響を定量的に評価した。そして,今後の解析に置いて求められる計算手法や格子解像度,また剪断層の特性について議論した。
一方,ロケットノズルの横推力はノズル形状と非常に密接な関係がある。ノズル内部で流れのガス組成は大きく変化するにもかかわらず,これまでのロケットノズル設計法はノズル内部流れを凍結流と仮定してきており,横推力の発生に影響を及ぼすことが指摘されてきた。そこで,本研究ではノズル内部流れの比熱比の温度変化を考慮した新たな設計法を考案し,既存のRANS手法を用いて定常性能評価を行った。今後,非定常剥離流れの把握に着目し,横推力特性を評価する予定である。
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