スクラムジェットエンジン及びGDL内における圧縮性せん断流れに関する研究

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本年度は、スクラムジェットに関連した流れ場の対象として遷音速ディフューザについての実験を行なった。遷音速ディフューザはスクラムジェットの燃焼室の上流側に設置され、スクラムジェットの空気取り入れ口に流入する超音速流れを亜音速に減速するために用いられる。そこで本研究ではこの遷音速ディフューザの性能が、スクラムジェットエンジンの性能にとって重要と考え、その中に発生する衝撃波の制御に関する実験を行なった。実験では半径500mmの円弧ディフューザを用いて、シュリーレン法による可視化と半導体小型圧力変換器による圧力変動の測定を行なった。円弧ディフューザのスロート近傍にキャビティを伴った多くの孔をあけた多孔スロートと通常のスロートいわゆる個体スロートとを比較することにより、パッシブコンロールの効果を明らかにした。圧力変動の解析では、サンプリング周波数10kHzでAD変換した2048個のデータを用い2乗平均値、FFT法による周波数解析及び2点間のコヒーレンスとフェイズの計算した。これらの実験より以下のことが明らかとなった。(1)パッシブコントロールによる衝撃波下流のディフューザ効率の低下はほとんどない。(2)パッシブコントロールによって圧力変動の2乗平均値の最大値は16%〜70%減少した。(3)衝撃波の存在する範囲で、パッシブコントロールは1000Hz以下の圧力変動の周波数域に対し減衰作用が確認された。特に700Hzから1000Hzの減衰は著しい。(4)パッシブコントロールによりディフューザ内の圧力変動の伝播方向はかなり影響を受け、個体スロートの場合はその周波数にもよるが、いずれの方向にも伝播する圧力変動が存在し、多孔スロート場合は主に上流から下流に向かう圧力変動が顕著となる。