Three Dimensional Air Intake Geometry Optimization and Total Energy Efficiency Improvement of Supersonic Flight Vehicle Conidering Boundary Layer Ingestion

考虑边界层吸入的超音速飞行器三维进气几何优化及总能效提升

• 批准号: 21K04491
• 负责人: 丸 祐介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04491/
• 关键词: エアインテーク; 超音速飛翔体; 境界層; 空気吸込式エンジン

Busemannの方法を用いて，矩形形状の流路出口断面を有する三次元インテーク形状を設計し，この形状の風洞実験模型を製作した．風洞実験に供試し，流路の圧力分布計測，および出口での全圧・静圧計測を行った．並行して，風洞実験条件におけるCFD解析を実施した．CFD結果に基づいて算出した圧力分布や，全圧回復率と流量捕獲率のインテーク性能評価指標は，風洞実験結果をよく再現できることがわかった．これにより，CFD解析の妥当性を示すことができた．CFD解析による流れ場の可視化により，流路設計上の問題点として，(1)亜音速ディフューザ部での剥離，(2)超音速ディフューザ部での剥離，があることがわかった．(1)の亜音速ディフューザ部での剥離は，試したほとんどの流れ条件で発生しており，亜音速ディフューザ部の流路形状設計の改善の必要性が示唆された．(2)の超音速ディフューザ部の剥離は，インテーク背圧が低い場合や，流入マッハ数が大きい場合には起こらないケースがあることが判明した．このことは，境界層厚さ分をオフセットさせることで，剥離を抑制できる可能性を示唆するものである．また，Busemannインテークを機体側面に搭載すると，スピレージ流が制限されることを考慮して，インテーク形状の切り欠きを塞いだ形態を，風洞実験で供試した．スピレージ流制限の影響は，流路での剥離の影響に比べると大きくないことがわかった．すなわち，超音速ディフューザ部で剥離が生じないよう，境界層厚さ分をオフセットする流路形状補正を行った上で，亜音速ディフューザ部の流路形状の改善を図ることで，インテーク性能を大幅に向上させることができる見通しを得た．

The Busemann method is used, the exit section of the rectangular flow path has a three-dimensional design of the shape, and the model of the hole of the tunnel is used as a tool. The hole is used for testing, the force distribution of the flow path is calculated, and the outlet of the tube is fully statically calculated. The results of the CFD analysis show that the force distribution is calculated, the total return rate, the flow capture rate, the performance index, the hole condition, the CFD analysis and the CFD analysis are used to calculate the force distribution, the total return rate, the flow capture rate, the performance index, the performance index, the accuracy, the appropriateness, the feasibility, the feasibility, the feasibility, On the flow path design, (1) the sonic engine is peeled off, (2) the supersonic engine is peeled, and the supersonic engine is peeled. (1) the sonic engine is peeled, and the flow conditions are tested. It is necessary to improve the flow path shape design of the sonic aircraft. it indicates that it is necessary to improve the flow path design. (2) the supersonic aircrafts are peeled off, the airwaves are closed on the back, and the flow rate is very high. The possibility of reducing the number of devices is affected. The Busemann machine is installed on the surface of the machine. The flow limit is limited. The shape of the device is not as good as that of the plug. The flow path is much thicker than the speed of sound, the shape of the flow path is positive, and the shape of the flow path is improved. The performance goes up by a large margin.

项目成果

Sub-scale Flight Test Plan for ATRIUM Engine Development

ATRIUM 发动机开发的小型飞行测试计划

• 发表时间: 2023
• 作者: Yuki Sakamoto;Hiromitsu Kakudo;Ryoma Yamashiro;Masashi Miura;Akira Oyama;Shujiro Sawai;Shinichiro Tokudome;Yusuke Maru;Hiroaki Kobayashi;Tetsuya Sato;Matthew Richardson;Hikaru Eguchi;Daisuke Nakata
• 通讯作者: Daisuke Nakata

Flow and Performance Characteristics of a Streamline- traced Air Inlet Designed at Mach 2 for the ATRIUM Engine

为 ATRIUM 发动机设计的 2 马赫数流线型进气口的流量和性能特征

• 发表时间: 2023
• 作者: Yusuke Maru;Kazuma Matsumoto;Daiki Watanabe;Haruaki Seta;Tetsuya Sato
• 通讯作者: Tetsuya Sato

ATRIUMエンジンを搭載した新観測ロケット用インテークの研究

ATRIUM发动机新型探空火箭进气道研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 松本 和真;瀬田 晴明;渡辺 大貴;学;丸 祐介;佐藤 哲也
• 通讯作者: 佐藤 哲也

エアターボロケットエンジン(ATRIUM)を搭載する「新観測ロケット」用インテークの設計および評価

空气涡轮火箭发动机（ATRIUM）“新型观测火箭”进气道设计与评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 瀬田 晴明 ; 丸 祐介 ; 佐藤 哲也 ; 松本 和真
• 通讯作者: 松本 和真

Development Status of the Air- turbo Rocket Engine “ATRIUM”

空气涡轮火箭发动机“ATRIUM”的开发现状

• 发表时间: 2023
• 作者: Hiroaki Kobayashi;Shinichiro Tokudome;Yusuke Maru;Sakamoto Yuki;Sato Tetsuya
• 通讯作者: Sato Tetsuya