遷音速流れの混合により発生する複合チョーク現象と複合音波に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

次世代高高度高速飛行用エンジンとしてスクラムジェットエンジンが考えられているが,このエンジンでは空気取入れ口上流に発達する境界層のため,エンジンに流入する気体の流速は亜音速から超音速にいたる著しい非一様性を有する.この気流の減速過程で発生する複合チョーク現象は,機器の効率低下やエンジン不始動などのトラブルを誘発することが知られている.これまでの研究では,複合チョーク現象を説明するために複合音波の概念を用いてきたが,この音波の存在を実験的に検証した例はなく,複合チョーク現象解明の障害になっている.本研究は,複合音波を実験的に検証し,その特性を明らかにするとともに複合チョーク現象を解明して,複合チョーク発生の条件を明らかにすることを目的としている.前年度の研究により,複合音波は二次元構造を有する可能性があることが示された.このことにより,複合チョークが生じている場所においても流れ場は二次元的であることが考えられる.本年度は,先細ダクト出口における二つの亜音速流れの複合チョーク現象を,数値計算により調べた.得られた結果は以下の通りである.1.先細ダクト内において,ダクト中心軸に垂直な断面にわたる静圧分布は一定ではなく,高速流側では低く,低速流側では高くなる二次元分布となる.2.一次元解析結果による複合チョークの背圧条件p_b/p_<01>=0.508において,ダクト出口のマッハ数分布は,高速流側で超音速,低速流側で亜音速となり,複合チョークの特徴を示すが,高速流側ではダクト出口からすぐ上流の壁面から膨張波,ダクト出口端より弱い斜め衝撃波が発生する.膨張波はせん断層で圧縮波として反射され,噴流境界とせん断層において反射を繰り返しながら減衰していく.3.二次元理論では背圧条件p_b/p_<01>≒0.47において,ダクト出口の低速流側に音速線が形成され,音速線より上流の流れは一定となって複合チョークが生じる.この値は従来の一次元理論による値p_b/p_<01>=0.508とは異なることがわかったすなわち,複合チョークが発生する圧力比は一次元理論からは求めることができない.