物体に支持されたデトネーションの安定性と波面における非定常挙動の解明

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次世代の航空宇宙推進装置として,物体周りに発生する定在デトネーションを利用して推力を得る,斜めデトネーションエンジンやラムアクセラレーターに期待が寄せられている.それら推進装置の実験・開発を行う際には,デトネーションを確実に発生させる必要がある.そのためにデトネーションの衝撃波後方における着火現象の理解が不可欠である.デトネーションは本来多次元構造をもつが,デトネーションの一次元的性質は多次元問題においても観察され,解析結果の利用,多次元問題の現象解明に応用されてきた.本研究では,一次元デトネーションの波面非定常性と衝撃波後方の爆発特性に関する解明を行った.得られた一次元デトネーションの特徴をふまえ,一次元ピストン駆動非定常デトネーションと二次元くさび周り定常斜めデトネーションの相似性を示し,斜めデトネーション波面構造の予測に応用した.まず,一次元非定常デトネーションの性質について示した.反応モデルには簡略化されたArrhenius型の一段階反応モデルと水素空気混合気の詳細反応モデルを採用した.そして,デトネーション波面非定常挙動,衝撃波後方の爆発特性について明らかにした.詳細反応モデルを用いることにより,条件によらず反応誘起領域を常に再現できること,またOHラジカルの生成・失活の再現が可能であることから第二燃焼限界に基づく流れ場の特徴をあらわすことができた.次に,一段階反応モデルを用いた一次元ピストン駆動非定常デトネーションと二次元くさび周り斜め定常デトネーションの非粘性数値解析を行った.そして,それらの相似性を明らかにし,ピストン駆動デトネーションを用いた予測について示した.また,粘性解析も行ない,粘性の影響は主にくさび表面に形成される境界層の存在により衝撃波が強められ,反応誘起距離を短くする働きがあることを示した.