Invention of Design of Jet Engine for Ultra High Speed Flight toward Establishment of Traffic Area Allowing Round-Trip to Everywhere in the World within One-Day

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いわゆる先進的航空宇宙輸送システムの実現のためには，大気中の酸素を利用した極超音速ジェット推進技術の確立が必要である．我々はロケットエンジンを活用した空気吸い込み式推進を提案している．これは，超音速燃焼により高速域において高推力性能を発揮するスクラムジェットエンジン内部に小型のロケットエンジンを埋め込んだシステムであり，ロケットエンジンの燃焼圧を制御することで作動モードを変化させ最適な加速を達成する．本研究は上記推進システムの最下流要素であるScramjet External Nozzle（SEN）を対象としている．今年度は，これまでの研究を通して構築されたSENの推力性能評価モデルの高度化を実施の後，本モデルを用いたSEN要素の概念検討を行った．本モデルはSEN流と外気流の力学的相互干渉を適切に評価可能なモデルであり，計算コストを抑えながらも対象流れ場を二次元的に十分な精度で解析することができる．モデル高度化においては，計算に考慮する圧力波の本数を増やし，またSEN入口条件において流れの不均一性を加味できるように改良を行った．当該モデルを用いたシステム概念検討によると，離陸フェーズ極近傍の低速低高度飛行条件を除き，SENは不足膨張条件で動作する．よってその流れには膨張波が形成され，それらのSEN推力発生面への入射は，SEN推力性能を大きく低下させるということが分かった．推力発生面への上述の膨張波の入射を抑制するために，SEN入口高さを可変とすることで膨張波の入射位置をコントロールする手法を提案し，本手法の推力値に示す有効性を確認することができた．以上に示したような，二次元的観点からSENの推力特性について論じた結果はいまだ報告されておらず，本結果は我々の目指す輸送システムの実現可能性を大きく向上させる結果であると言える．