超音速ノズルにおけるスラスト・ベクトル・コントロールについての基礎研究

点击翻译按钮获取中文摘要

次世代極超音速スペースプレーンの開発では、インテ-クの入口流れや非対称ノズル流れを明らかにして、推進システムの高効率化を実現することが必要不可欠である。本研究では、スペースプレーン推進システムの設計資料を提供するために、非常に独創的なアイデアである気体力学的にスラストを制御する方法(スラストベクトルコントロール)や機体の推進システムについて、実験と解析より明らかにした。そこで、非対称ノズルに取り付けた多孔壁面上からのブリーディングによるスラストベクトルコントロールの可能性や、その性能に及ぼす形状、ブリーディング流量および圧力比等のパラメータの影響を、LDV、圧力測定および流れの可視化等を用いて実験的に調べた。その結果、ランプ全表面に沿った流れにアクティブコントロールを適用する場合、かなりのブリーディング流量が必要となるため本推進システムには適しておらず、一方、パッシブコントロールでは、流れが特に強い過膨張の状態にある場合において、壁面圧を調整するには不十分であることがわかった。しかしながら、両者を組み合わせることで、少ないブリーディング流量により効率的にスラストベクトルを制御することが可能となることがわかった。その際、非対称ノズルで生ずる三次元効果はスラスト増加に寄与することがわかった。しかし、ブリーディング流量は、推進方向における損失を少なくするために可能な限り小さくしなければならないが、これは機体後部ノズルに取り付けた補助ノズルからの二次ジェットにより可能となることがわかった。また、ブリーディングシステムの最適化や形状の設計に関する半経験的な方法が、いくつかの代表的なパラメータ(たとえば圧力比等)に対し考案された。この理論により、コントロールシステムの全体の性能評価が可能となった。