Construction of High-Precision Performance Model on Engine for Hypersonic Aircraft

高超声速飞行器发动机高精度性能模型的构建

• 批准号: 22KJ2954
• 负责人: 藤井 愛実
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2954/
• 关键词: インテーク; ラムジェット; スクラムジェット; モデル化; バズ

本研究は，超音速/極超音速インテークの低コストな設計を実現するための，インテーク性能モデル構築を目的としている．本年度は，インテークで発生するバズを対象に数値解析を行い，解析結果の妥当性検証と，インテーク出口ノズル開度がバズ特性に与える影響を調査し，バズのメカニズム解明を図った．まず，計算格子の作成を行い，数値解析結果の格子依存性を調査した．さらに，時間刻み幅依存性調査や，実験結果との比較も行った．これらを通し，数値解析の妥当性を確認した．数値解析の結果，バズが発生している際はインテーク内部の静圧が振動していた．バズ1周期のうち静圧上昇期間では，インテークへの流入流量が流出流量を上回ることで，インテーク後方から高圧領域が拡大し，これに押される形で衝撃波がインテーク内部を前進することが確認された．また，インテーク出口ノズル開度を変更した数値解析を通し，インテークからの流出流量がバズ特性に与える影響を調査した．その結果，バズの静圧上昇期間は，その特徴から2期間に分割できることが分かった．静圧上昇期間前半では，高圧領域の圧力上昇速度および衝撃波の前進速度はどちらも流出流量の影響を受けなかった．一方で，静圧上昇期間後半は，流出流量の減少に伴い，高圧領域の圧力上昇速度，および衝撃波の前進速度が増加した．このことから，静圧上昇期間前半は移動衝撃波理論，後半はインテーク全体での質量保存則によって現象が支配されている可能性が示唆された．これらの結果をまとめ，学会2件で発表した．バズは，極超音速航空機の実現に向けて対策を必須とする現象である．本年度の研究により，バズの支配メカニズムが移動衝撃波理論と質量保存則である可能性を示し，そのメカニズム解明とモデル化に向けた一歩となった．

This study aims to realize the design and construction of supersonic/hypersonic low-temperature systems. This year, the number analysis of the target image is carried out, and the appropriateness of the analysis results is verified. The opening degree of the target image is investigated and the influence of the target image is investigated. The calculation grid is created, and the grid dependency of the numerical analysis result is investigated. In this paper, time and amplitude dependence investigation is carried out, and the results are compared. The correctness of the numerical analysis was confirmed. The results of numerical analysis show that static pressure and vibration in the interior of the system are not stable. During the period of static pressure rise in the first cycle, the inflow flow rate and the outflow flow rate are reversed, and the high pressure field is enlarged after the inflow flow rate and the outflow flow rate. To investigate the influence of the outlet opening on the outflow characteristics, the value analysis was conducted. As a result, the static voltage rise period is reversed, and the characteristics of the period are divided into two periods. In the first half of the static pressure rise period, the pressure rise speed in the high pressure field and the forward speed of the shock wave are affected by the outflow flow rate. On the other hand, in the second half of the static pressure rise period, the outflow flow decreases, the pressure rise speed in the high pressure area increases, and the forward speed of the shock wave increases. The first half of the static pressure rise period moves the shock wave theory, and the second half of the static pressure rise period controls the mass preservation phenomenon. The result of this is that you can learn 2 pieces of information. The development of hypersonic aircraft must be addressed. This year's research shows the possibility of moving shock wave theory and quality preservation, and the development of mobile shock wave theory and quality preservation.

项目成果

Experimental Investigation on the Effects of the Bleed System of the Ramjet-Intake for High Mach Integrated Control Experiment (HIMICO)

高马赫综合控制实验（HIMICO）冲压发动机进气引气系统效果的实验研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Yuki Fujimori;Manami Fujii;Yusuke Hoshiya;Yuki Kuwabara;Rintaro Tanaka;Shima Ariyoshi;Ayuto Suzuki;Tetsuya Sato;Hideyuki Taguchi;Takayuki Kojima;Hidemi Takahashi
• 通讯作者: Hidemi Takahashi

極超音速統合制御実験機（HIMICO）用矩形インテークのマッハ2風洞実験による性能調査

高超声速综合控制实验车（HIMICO）矩形进气道2马赫风洞实验性能研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusuke Hoshiya;Manami Fujii;Yuki Fujimori;Yuki Kuwabara;Rintaro Tanaka;Tetsuya Sato;Hidemi Takahashi;Hideyuki Taguchi;有吉志満，藤井愛実，藤森勇輝，干谷祐輔，桒原宥希，田中凜太郎，鈴木歩都，佐藤哲也，田口秀之，髙橋英美，大木純一
• 通讯作者: 有吉志満，藤井愛実，藤森勇輝，干谷祐輔，桒原宥希，田中凜太郎，鈴木歩都，佐藤哲也，田口秀之，髙橋英美，大木純一

Effect of angle of attack on the performance of the supersonic intake for High Mach Integrated Control Experiment (HIMICO)

• DOI: 10.1016/j.ast.2022.107687
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Aerospace Science and Technology
• 影响因子: 5.6
• 作者: Manami Fujii;Shogo Ogura;Tetsuya Sato;H. Taguchi;A. Hashimoto;Takashi Takahashi

Numerical Investigation on the Effects of the Exit Nozzle Throat Height on the Buzz Characteristics Occurring in the Hypersonic Intake for High Mach Integrated Control Experiment (HIMICO)

高马赫综合控制实验（HIMICO）出口喷管喉部高度对高超声速进气蜂鸣特性影响的数值研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Manami Fujii;Yusuke Hoshiya;Yuki Fujimori;Yuki Kuwabara;Rintaro Tanaka;Shima Ariyoshi;Ayuto Suzuki;Tetsuya Sato;Hideyuki Taguchi;Atsushi Hashimoto
• 通讯作者: Atsushi Hashimoto

極超音速統合制御実験(HIMICO)用ラムジェットインテークで発生するバズ現象に関する数値的研究

高超声速综合控制实验冲压发动机进气道嗡嗡现象数值研究（HIMICO）

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Fujimori;Manami Fujii;Yusuke Hoshiya;Yuki Kuwabara;Rintaro Tanaka;Shima Ariyoshi;Ayuto Suzuki;Tetsuya Sato;Hideyuki Taguchi;Takayuki Kojima;Hidemi Takahashi;干谷祐輔，藤井愛実，藤森勇輝，桒原宥希，田中凜太郎，佐藤哲也，田口秀之，髙橋英美 廣谷智成;藤井愛実，干谷祐輔，藤森勇輝，桒原宥希，田中凜太郎，佐藤哲也，橋本敦，田口秀之
• 通讯作者: 藤井愛実，干谷祐輔，藤森勇輝，桒原宥希，田中凜太郎，佐藤哲也，橋本敦，田口秀之