超音速航空機排気中の窒素酸化物による高層大気オゾンの減少予測

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450396
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 久保田 弘敏 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30114466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 綿貫 忠晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00182965)
• Keywords: 超音速航空機 / オゾン / 窒素酸化物反応 / 赤外分光測定 / オゾン濃度予測 / 環境適合性 / 大気モデル

Research Abstract

航空機エンジンから排出される窒素酸化物(NOx)が大気中のオゾン(O_3)と反応することによるオゾン消失は、次世代超音速航空機実現に際しての環境適合性課題の一つである。本研究は、高層大気中のオゾン保全の観点に立ち、超音速機から排出される窒素酸化物の量に対して、オゾンが消失する程度を予測し、社会的なアセスメントに役立たせようとするものである。
当該研究期間における研究成果は次のとおりである。
1.オゾン(O_3)と窒素酸化物(NOx)の化学反応に関する地上実験
・東京大学工学系研究科航空宇宙工学専攻に設置されているスペースチャンバを用い、FT-IR(フーリエ変換赤外分光測定)によって、オゾン濃度測定法を確立した。
・成層圏を模擬した環境におけるオゾンと窒素酸化物の反応を定量的にシミュレートした。
・実験条件に対応した数値計算の結果から、考慮した化学反応および用いた反応速度定数が妥当であることを確認した。
2.オゾン(O_3)と窒素酸化物(NOx)の化学反応に関する数値計算
・光化学反応と大気輸送を考慮した2次元大気モデルを構築し、超音速機の飛行シナリオに沿った排気の影響を含む数値シミュレーションを行って、自然状態のオゾン数密度分布を得るとともに、窒素酸化物排出によるオゾン分布への影響を予測した。
・排出高度20km以下では窒素酸化物排出によるオゾン濃度への影響は小さいが、30km越える高高度ではオゾン層消失の可能性がある。

Research Products

• [Publications] 牛山友規, 綿貫忠晴, 久保田弘敏: "スペースチャンバにおけるO_3-NOx反応実験"第34回流体力学講演会講演集. 197-200 (2002)
• [Publications] Kubota, H.: "Technological and Environmental Issues for Accomplishment of Supersonic Transport"Proc. of 16^<th> International Sessions in JSASS 40^<th> Aircraft Symposium. 5-8 (2002)
• [Publications] Ushiyama, T., Watanuki, T., Kubota, H.: "Experimental Simulation of Ozone/NOx Chemical Reaction in Consideration of Environmental Issues for Next-generation Supersonic Transport"Proc. 4^<th> Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science. 127-128 (2002)