| 研究概要 |
宇宙往還機のジェット機関の一つとして考えられているスクラムジェットにおいて、高高度、超音速流中での水素燃料の空気との混合、着火そして燃焼が重要な問題として着目されている。本研究は、まず着火の問題に着目し、酸水素混合気にシランを添加することによって着火を促進する反応機構を衝撃波管を使って調べてみた。米国NASAのグループの開発したシラン・酸水素混合気の着火および燃焼機構が彼らの実験とは低温で一致しているが、メタン・酸水素混合気の着火・燃焼機構をモデルとしている為普遍性がなく正しくない事が判明した。故にシランの燃焼機構を解明する事がシランによる着火の研究の重点になるので、シラン関連の化学種の熱力学データおよび2,3の素反応定数を理論的に求めた。さらに、シラン・酸素混合気の燃焼で生成されるSiH_2、SiH_3などの測定を行ない、十分には知られていないSiH_2OやSiHOなどの化学種の確認を行って反応機構開発の一助としたい。シラン・酸水素混合気の着火遅れ時間の測定実験では、1000Kを境にして低温では温度が低くなるにつれ着火遅れも急速に遅くなり、高温では温度上昇にもかかわらずそれ程着火遅れ時間が速くならないという結果が出ている。1000Kを境にして反応機構が変化しているが、低温でのシラン添加の効果はある。
次に、スクラムジェットにおける水素インジェクションの問題を数値的にシミュレートした。まず超音速で流れる空気流に垂直に2次元的にヘリウムをインジェクトして、どのように混合がなされるかを調べた。ナビエ・ストークス方程式をまず乱流モデルなしで解いた結果では、インジェクトされたヘリウムジェットの上流および下流でいくつかの渦が発生し、低い周波数でジェットの振動が見られた。この計算結果からは、着火しそうな場所としてインジェクションジェットのすぐ上流および下流が高温域であることが判明した。
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