| 研究課題/領域番号 |
19H02341
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
津江 光洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50227360)
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| 研究分担者 |
中谷 辰爾 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00382234)
藤原 仁志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (40358453)
岡井 敬一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (00358516)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 燃焼不安定性 / ジェットエンジン / バイオ燃料 / 非線形解析 / モード分解 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は室温風洞試験および高温風洞試験において，エアブラストアトマイザを備えたダブルスワールバーナを用いて燃焼試験を実施した．室温風洞試験で基礎実験を行った後，高温風洞試験を実施した．高温風洞試験ではJet-AやBio-SPKであるHEFA燃料に関して，希薄可燃限界付近における燃焼挙動を圧力測定やCH*化学発光を高速度カメラを使用して測定した．吹き消え限界付近において燃焼不安定性が観察された．それらのダイナミクスを調べるため，時系列CH*画像に対してスペクトラル固有直交分解を適用し，カップリングするモードの影響を調べた．JetA-1を用いた場合，吹き消え時前の振動挙動においては，主流方向に火炎がばたつくモードが支配的になり，圧力振動とカップリングし112Hzの振動が観察された．それにより不安定になり吹き消えに至った．一方で，吹き消えしない場合について詳細に調べると，渦構造の歳差運動を含むモードの寄与が大きく，CH*の振動と圧力振動がカップリングしても吹き消えに至らなかった．吹き消えに及ぼす火炎構造のダイナミクスに関する知見が得られた．HEFAを燃料とした実験において同様の解析を実施した．HEFAにおいては，JetA-1と比較すると，異なる挙動が観察された．一方で，試行回数が限定的であったため更なる検証が必要である．上記の実験は固定された燃料流量(当量比)で実施された．これらの限界付近の挙動を詳細に調べるため，ステッピングモータを用いたバルブシステムにより燃料の流量を可変にする機構を構築した．，ステップ状あるいは連続的に燃料流量を変化させることで，遷移的な燃焼場を実現した．
JAXA実環境試験においては，リーンバーン燃焼器において実用航空エンジンの燃焼器環境におけるバイオ燃料と従来ジェット燃料の燃焼・排気特性を取得し比較した．試験範囲では両燃料で不安定挙動が観察されなかった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度はCOVID-19の影響により，試作工場の閉鎖や学生の入構規制などにより実験機会が大きく制限された．それに伴い，実験準備や基礎実験の実施が遅くなり，高温風洞試験の実施が大きく遅れた．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，ジェットエンジンモデル燃焼器を使用し，JetA-1とHEFA燃料を用いて燃焼試験を実施し，室温，高温高圧，JAXA実エンジン環境の三種類の条件で燃焼試験を実施することでジェットエンジン希薄限界付近で観察される燃焼不安定性や排気特性を明らかにする．
室温および高エンタルピー風洞を用いた高温高圧試験においては，昨年度構築した燃料供給系を使用し，ステップ状あるいは連続的に燃料流量を変化させながら希薄限界に近づけることで燃焼不安定性の変化の様子を圧力および化学発光測定により詳細に調べる.動的に変化する環境下で，燃料性状の違いに着目し，レーザーを用いたILIDSにより噴霧の微粒化特性の把握や高速度カメラを使用したCH*化学発光測定を実施し，動的モード分解やスペクトラル固有直交分解を応用する．また，時不変な解析手法に加え，非線形手法への拡張を行う．カーネル法の使用，スパース推定手法を応用した深層畳み込みオートエンコーダといった機械学習手法を用いた非線形手法を用い，潜在変数を観察することで内在するダイナミクスや燃焼不安定性に至るメカニズムを調べる．またそれらの潜在空間におけるダイナミクスを調べることで，ベイズ的手法を応用した燃焼状態の検知を行う，さらに，パイロットバーナとメインバーナからなる段階燃焼バーナーの政策を実施し，希薄燃焼時のメインバーナの燃焼特性や燃焼限界を調べる．
JAXA実環境実験装置を用いた実験においては引き続き排気成分の取得を行う．リーンバーン燃焼器において実用航空エンジンの燃焼器環境におけるバイオ燃料と従来ジェット燃料の燃焼・排気特性を取得し比較する．不安定挙動が観察される条件も試験の対象とし，確認された場合には詳細計測を実施する．燃焼不安定性発生時の排気特性の変化に関する知見の取得を目指す．
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