平行平板間の超音速流に関する研究

本研究は,放射状超音速流に関して基礎的な知見を得ることを目的に,2枚の平行平板によって構成されるディスク形流路内の超音速流の挙動について,実験的に調べたものである.ディスク形流路はアスペクト比(流路壁面積/流路体積)が他の流路形状と比較して大きいため,境界層と衝撃波との干渉によって,擬似衝撃波と呼ばれる多数の衝撃波が発生しやすい状況にある.このような衝撃波群の存在はエネルギー散逸の増大を招くため,擬似衝撃波の発生する流れ場の構造を,定量的かつ定性的に明らかにする必要がある.そこで本研究では,平行平板間の放射状超音速流中に生じる擬似衝撃波について圧力計測を行い,流れを支配すると考えられるパラメータの定量的な評価を行った.実験に用いた風洞は,半径400mm,高さ10mmのアルミニウム製ディスク形流路を組み込んだ吸い込み式超音速風洞であり,作動気体には空気を使用した.流れ場の計測は,流路下流の背圧を変化させることにより種々の圧力比のもとで実施したが,特に基礎データが不足していると思われる,遷音速領域付近の低マッハ数の流れ場において発生する衝撃波現象を対象に,静圧および全圧の時間平均値,壁面の変動圧を測定した.実験で得られた静圧分布,全圧分布の形状,およびマッハ数の変化は,擬似衝撃波が発生している流れ場に特有のものであり,圧力分布の形状から擬似衝撃波の長さを求めることができた.これらの実験結果から,圧力上昇直前のマッハ数,擬似衝撃波の長さ,および擬似衝撃波による静圧上昇比の各パラメータ間に存在する相関式を見い出し,その相関関係が,従来の研究において明らかにされている,高マッハ数領域での実験結果も含めて成立することを確かめた.今後はより詳細な流れ場のマッハ数分布を求め,本研究の結果を踏まえて,ディスク形流路に適したディフューザの検討を行う予定である.

本研究は,放射状超音速流に関して基礎的な知見を得ることを目的に,2枚の平行平板によって構成されるディスク形流路内の超音速流の挙動について,実験的に調べたものである.ディスク形流路はアスペクト比(流路壁面積/流路体積)が他の流路形状と比較して大きいため,境界層と衝撃波との干渉によって,擬似衝撃波と呼ばれる多数の衝撃波が発生しやすい状況にある.このような衝撃波群の存在はエネルギー散逸の増大を招くため,擬似衝撃波の発生する流れ場の構造を,定量的かつ定性的に明らかにする必要がある.そこで本研究では,平行平板間の放射状超音速流中に生じる擬似衝撃波について圧力計測を行い,流れを支配すると考えられるパラメータの定量的な評価を行った.実験に用いた風洞は,半径400mm,高さ10mmのアルミニウム製ディスク形流路を組み込んだ吸い込み式超音速風洞であり,作動気体には空気を使用した.流れ場の計測は,流路下流の背圧を変化させることにより種々の圧力比のもとで実施したが,特に基礎データが不足していると思われる,遷音速領域付近の低マッハ数の流れ場において発生する衝撃波現象を対象に,静圧および全圧の時間平均値,壁面の変動圧を測定した.実験で得られた静圧分布,全圧分布の形状,およびマッハ数の変化は,擬似衝撃波が発生している流れ場に特有のものであり,圧力分布の形状から擬似衝撃波の長さを求めることができた.これらの実験結果から,圧力上昇直前のマッハ数,擬似衝撃波の長さ,および擬似衝撃波による静圧上昇比の各パラメータ間に存在する相関式を見い出し,その相関関係が,従来の研究において明らかにされている,高マッハ数領域での実験結果も含めて成立することを確かめた.今後はより詳細な流れ場のマッハ数分布を求め,本研究の結果を踏まえて,ディスク形流路に適したディフューザの検討を行う予定である.