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

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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．