回転デトネーションエンジンの動作モード・推力性能予測モデルの構築

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回転デトネーションエンジン（RDE）は、環状燃焼器の周方向にデトネーションを回転・定在させるものであり、次世代航空宇宙用エンジンとして世界規模で研究開発が活発に行われている。しかしながらRDEの動作モードを支配する普遍的なパラメータは未だ確定しておらず、これは主として燃焼器内における燃料濃度分布が燃焼器毎に異なることに起因している。本研究は、これまでに実施例が無いインジェクター部の燃料濃計測を行うことで、インジェクター性能が推進性能およびRDE動作モードに及ぼす影響を明らかにし、推力・比推力を定量的に予測可能な普遍的物理モデルの構築を行うことを目的としている。本年度は、昨年度に構築したファイバー光学系を用いた赤外レーザー消光法システムを用いて、様々な濃度のメタン－窒素混合気を用意してメタンのモル消光係数を求めた後に、非燃焼時におけるメタン濃度分布計測を行った。得られたメタンの周方向燃料濃度分布は、使用したインジェクター燃料孔の配置と整合しており、全メタン噴射量から、燃焼室内の局所当量比分布を得ることに成功した。さらに、燃焼時におけるメタン濃度計測結果と高速度カメラによる燃焼発光画像の比較より、一時的なメタン供給不足により回転デトネーション波の不安定性が誘起されることがわかった。なお、燃焼時にはレーザーシートの光量不足によりメタン濃度計測可能な空間範囲が狭まったものの、燃焼室内の燃料濃度の成層を確認することができた。また、燃焼室静圧計測と推力計測に基づいた、レイリー流れとファノー流れの組み合わせから構成される1次元流れモデルにより、推力を精度良く予測することに成功した。さらに、Burgers方程式に化学反応による発熱、インジェクターの利得回復および減衰項を加味した修正Madjaモデルを構築した。