Research on Shock-Wave/Boundary-Layer Interaction and Hypersonic Boundary-Layer Transition due to a wall-mounted protuberance using TSP

利用 TSP 研究壁挂式突起引起的冲击波/边界层相互作用和高超声速边界层转变

• 批准号: 20H02357
• 负责人: 小澤 啓伺
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02357/
• 关键词: 極超音速流; 境界層遷移; 感温塗料; 感温塗料計測法; 衝撃波干渉; 熱流束

本研究では，これまで研究開発してきた高速応答感温塗料計測法（TSP）を用い，円錐面上に発達する極超音速境界層の遷移メカニズムを調査することが目的である．昨年度まで行ってきた極超音速衝撃風洞の施工は完了し，現在，運転確認および気流検定を行っている．本衝撃風洞の運転システムは，二段の自動高速開閉バルブシステムによって構築されており，これらのバルブの動作安定および安全性を確認している．高圧ガスを開放する一段目のバルブに関して，およそ0.25秒の開閉時間の間に，3.0MPaの高圧ガスは，2.0MPaまで減圧された．この繰り返し精度は極めて高いことを確認した．異なる高圧ガス圧力値においても，同様の繰り返し精度が確認できた．二段目のバルブについて，こちらも同様に動作安定性を確認できたが，二段目のバルブの動作と気流安定性は直接関係するため，気流検定によりバルブの動作確認を行った．具体的には，試験部の気流方向に対して軸対象となるよう円柱模型を設置し，高速シュリーレン法により流れ場全体を可視化した．バルブが正常に作動し，気流が安定していれば，円柱前方に弓形衝撃波が形成され，その形状は時間的に安定することが予測できる．結果として，円柱前方に弓形衝撃波を確認でき，その形状は時間的に安定しており，バルブの動作安定を確認できた．今後は，極超音速衝撃風洞の気流検定と安全性の確認を継続しながら，本研究の目的である，円錐状に発達する極超音速境界層の遷移現象をTSPによる二次元熱流束分布により調査する．

这项研究旨在研究使用快速响应的温度敏感涂料测量方法（TSP）在圆锥形表面上发展的高超音速边界层的过渡机制，直到现在到现在为止。直到去年完成的高音冲击风洞的安装，目前正在进行操作检查和气流测试。这种冲击风洞的操作系统是由两阶段的自动高速开口和关闭阀系统构建的，并且已经确认了这些阀的操作稳定性和安全性。对于开放高压气体的第一阶段阀，在开放时间和关闭时间约为0.25秒的时间内将3.0MPA的高压气体降低至2.0MPa。证实这种可重复性非常高。对于不同的高压气压值，证实了类似的可重复性。第二阶段阀的运行稳定性也以相同的方式确认，但是由于第二阶段阀和气流稳定性的操作直接相关，因此通过气流测试确认了阀的操作。具体而言，安装了圆柱模型，作为与测试部分的气流方向相关的轴，并使用高速Schlieren方法可视化整个流场。如果阀门正常运行并且气流稳定，则将在圆柱体的前面形成弧形冲击波，并且可以预测其形状会随着时间的推移而稳定。结果，在圆柱体的前面确认了弧形冲击波，其形状在及时稳定，从而可以确认阀门操作的稳定性。将来，我们将继续测试气流并确认超声冲击风隧道的安全性，并使用二维热通量分布使用TSP来研究锥形高超音速边界层的过渡现象。