| 研究概要 |
初めに, 壁圧計測用の圧力孔を備えた噴射壁を設計・製作し, 入射衝撃波の位置を変えたときの壁圧分布を測定した. 前年度の研究で得られたPTV計測結果と壁圧分布を比較し, データ点数の限られた壁圧分布から再付着点を求める計算モデルを開発した, その結果, 衝撃波を噴射口下流側に入射したとき, 噴射口下流側の壁面圧力が大きく増加し, その再循環領域が拡大することがわかった. すなわち, 再循環領域の拡大により燃料の滞在時間が増加し, 圧力上昇により化学反応が促進される, 一方, 衝撃波を噴射口の上流側に入射したとき, 噴射口下流側の再循環領域における滞在時間と圧力のいずれも大きくは変化しなかった. これらの傾向は, 数値計算によっても再現することができた.
さらに, 高速度カメラを用いてシュリーレン画像を撮影したところ, 衝撃波を噴射口の下流側に入射したとき, 主流と噴流の混合層が大きく変動している様子がわかった. 非定常数値計算を行った結果, 衝撃波を噴射口の下流側に入射したとき, 主流と噴流の混合層に渦構造が確認された. すなわち, 衝撃波の入射により, 噴射口下流側の再循環領域における主流の空気と噴流の燃料の混合が促進されていることがわかった.
以上のことから, 衝撃波を噴射口下流側に入射することで, 滞在時間の増加, 圧力上昇による反応促進, および混合促進が得られるため, 衝撃波を噴射口下流側に入射したときだけ保炎すると考えられる. 以上の結果は, 衝撃波と燃焼場の干渉が不可避なスクラムジェット燃焼器の設計において必要不可欠な基礎的知見となる.
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