超音速ジェット騒音の低減とジェットノズル形状の最適化に関する数値的研究

性能を落とすことなく、スクリーチ音を防ぐには、フィードバックのメカニズムを理解し、スクリーチ音の大きさを予測することが重要である。スクリーチ音は衝撃波とせん断層の不安定波の干渉により起こる。スクリーチ音は上流に伝播し、ノズルのリップと干渉する。反射し、散乱した音は、薄いせん断層を刺激する。この過程が不安定波を増幅させ、強いスクリーチ音が発生する。この研究の目的は、ノズルのリップの形状がどのようにスクリーチ音に影響するか調べることである。1.ノズルリップでの音の散乱問題ノズルのリップの形状がどのようにスクリーチ音に影響を与えるか、一様流の効果を考慮せずに数値的に調べた。ここでは、スクリーチ音を模擬した平面波とノズルのリップの干渉問題を考える。この数値シミュレーションで、反射波が小さくなるような最適なノズル形状が見つけることができる。その最適な形状は、超音速ジェットから発生するスクリーチ音も減らすことができると思われる。高次精度のスキーム及び非反射条件を使うことによって、音の伝播問題、ノズルのリップによる散乱問題が精度良く解く事ができた。2.軸対称超音遼ジェットマッハ数1.19でレイノルズ数が5×10^5の軸対称超音速ジェットの計算をした。ここでは、軸対称スクリーチ音モードの発生及び伝播を確かめる。この問題でも、同様に高次精度のスキーム及び、非反射条件を使う。スクリーチ音が発生し、伝播していく様子が捉えられた。また、超音速ジェット特有のショックセル構造や、大きな渦構造も詳細に捉えられている。これは、ノズルの最適形状の検証に使うことができ、上述した最適なノズルリップの形状をこの数値計算で確かめることができた。

性能を落とすことなく、スクリーチ音を防ぐには、フィードバックのメカニズムを理解し、スクリーチ音の大きさを予測することが重要である。スクリーチ音は衝撃波とせん断層の不安定波の干渉により起こる。スクリーチ音は上流に伝播し、ノズルのリップと干渉する。反射し、散乱した音は、薄いせん断層を刺激する。この過程が不安定波を増幅させ、強いスクリーチ音が発生する。この研究の目的は、ノズルのリップの形状がどのようにスクリーチ音に影響するか調べることである。1.ノズルリップでの音の散乱問題ノズルのリップの形状がどのようにスクリーチ音に影響を与えるか、一様流の効果を考慮せずに数値的に調べた。ここでは、スクリーチ音を模擬した平面波とノズルのリップの干渉問題を考える。この数値シミュレーションで、反射波が小さくなるような最適なノズル形状が見つけることができる。その最適な形状は、超音速ジェットから発生するスクリーチ音も減らすことができると思われる。高次精度のスキーム及び非反射条件を使うことによって、音の伝播問題、ノズルのリップによる散乱問題が精度良く解く事ができた。2.軸対称超音遼ジェットマッハ数1.19でレイノルズ数が5×10^5の軸対称超音速ジェットの計算をした。ここでは、軸対称スクリーチ音モードの発生及び伝播を確かめる。この問題でも、同様に高次精度のスキーム及び、非反射条件を使う。スクリーチ音が発生し、伝播していく様子が捉えられた。また、超音速ジェット特有のショックセル構造や、大きな渦構造も詳細に捉えられている。これは、ノズルの最適形状の検証に使うことができ、上述した最適なノズルリップの形状をこの数値計算で確かめることができた。