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2012 年度 実績報告書

極超音速エンジンにおける非定常現象の解明および動的シミュレータの構築

研究課題

研究課題/領域番号 22360358
研究機関早稲田大学

研究代表者

佐藤 哲也  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80249937)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード非定常シミュレータ / インテークバズ / 極低温二相流 / ボイド率計測
研究概要

本研究は,JAXAで開発中の予冷ターボジェットに関わる非定常現象を実験的に調査,モデル化し,それを組込んだシステム全系の非定常シミュレータを構築し,エンジン燃焼実験に適用することを目的としている.以下に概要を示す.
(1) エアインテークの非定常特性に関する実験および数値解析:超音速風洞実験および数値解析により,抽気量および後部ダクトの大きさ(エンジンダクトのボリューム)をパラメタとしたバズ周波数と振幅の調査を行った.両者は定量的にもほぼ一致し,ダクト体積の違いにより,バズの発生タイミングが変化する様子を捉えることができた.また,低マッハ数時には,超臨界状態(始動状態)と特性の似ている亜臨界状態(不始動状態)が観測され,疑似超臨界状態と名付けた.
(2) 極低温流体の流動特性に関する研究:課題であった静電容量型ボイド率計の温度ドリフトを約1/10に低減する方法を確立した.また,ボイド率計測の理論式を検証するために,電場解析を実施し,高精度化のアイデアを提案した.さらに,観測ロケットに搭載するための小型ボイド率計を開発した(2013年冬に打上げ予定).実験結果から,液体窒素のクオリティと熱伝達に関する関係を導き,液体水素の物性データを取得する目処を立てた.
(3) エンジン非定常シミュレータの構築:これまでに構築した非定常シミュレータに今年度得られた物理モデルを組込み,精度の向上を図った.さらに,非設計点として,エンジンがウインドミル状態で作動するときのモデルを組み込み,JAXA側で実施した起動試験と比較し,シミュレータの精度を確認した.
研究はほぼ予定通りに完了し,波及的な技術も得られたが,インテークバズと液体水素の流動モデルをシミュレータに組込むという点において未だ不十分なところがあり,今後の課題となった.

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] 極超音速ターボジェットに関連する流体技術2012

    • 著者名/発表者名
      佐藤哲也
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会誌

      巻: 66 ページ: 165-172

    • 査読あり
  • [学会発表] Performance analysis of Mach 5 hypersonic turbojet developed in JAXA

    • 著者名/発表者名
      小林弘明
    • 学会等名
      18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference
    • 発表場所
      Tours, France
  • [学会発表] 極超音速エンジン用Busemann型三次元エアインテークの数値解析

    • 著者名/発表者名
      高橋将大
    • 学会等名
      第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
    • 発表場所
      倉敷
  • [学会発表] 極低温二相流を対象としたボイド率計の研究開発効率向上に関する研究

    • 著者名/発表者名
      後藤嵩人
    • 学会等名
      平成24年度 宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      相模原
  • [学会発表] 極超音速ターボジェットエンジン用インテークのバズ特性に関する風洞実験

    • 著者名/発表者名
      間中芳美
    • 学会等名
      平成24年度宇宙航行の力学シンポジウム
    • 発表場所
      相模原
  • [学会発表] 極超音速ターボジェットの飛行環境模擬試験

    • 著者名/発表者名
      田口秀之
    • 学会等名
      第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
    • 発表場所
      倉敷
  • [学会発表] 極超音速予冷ターボジェットエンジン用圧縮機の非設計点における数値解析

    • 著者名/発表者名
      野地祐矢
    • 学会等名
      第53回 航空原動機・宇宙推進講演会
    • 発表場所
      倉敷

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公開日: 2014-07-24  

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