超音速燃焼の現象解明とエンジン解析ツール作成～physicsからdesignへ～

阐明超音速燃烧现象并创建发动机分析工具〜从物理到设计〜

• 批准号: 13J02020
• 负责人: 野田 純司
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02020/
• 关键词: 超音速燃焼; 準一次元モデル化

超音速燃焼に関する実験的研究を, 以下の3点に着目・実施した1. 燃焼器流入気流組成変化が超音速燃焼に及ぼす影響の定量的評価Clean(大気組成)とVitiated (12%水蒸気含)の, 2種の異なる組成の気流に対して超音速燃焼試験を実施した. 先行する他グループの実験では, 流入気流エネルギーに関して, これら2種気流間で全温もしくは全エンタルピーを合わせた2条件分の結果がある. 一方, 他のエネルギー条件に関しては, 実験結果の不足が挙げられる. ゆえに本研究では先ず, 気流全温を変化させることで他エネルギー条件での燃焼試験結果を得た. エンジン性能を示す値として推力に着目し, 主に燃焼器壁面の圧力測定を実施した.2. エンジン解析ツールの作成次項3.に示す外挿手法の考案のために準1次元解析を実施した. 主流と燃料の混合割合を考えるため3本の流管を考慮した. 任意断面の各流管で等しい静圧を仮定した. 本研究では燃焼流管でのマッハ数を1以上の最小数とする保炎モデルを考えた. 解析結果は, 燃料の混合効率が推力に対して大きな感度をもつと示した. 一般的に高温Vitiated気流生成はClean気流のそれと比較して容易である. 故, Vitiated気流における燃焼試験を先ず実施し, 混合高率分布を推算するのが良いといえる.3. 地上試験結果から実フライト試験での性能予測推算をする外挿手法の考案Vitiated気流における実験結果と, Clean/Vitiated気流条件における準1次元解析結果を掛け合わせることで, Clean気流における実験結果の推算をおこなった. 以上の解析手法を他実験での論文を引用し検証したところ, 解析におけるClean/Vitiated気流での推力比は, 実験のそれに対して6%未満の相対誤差であった. 本手法をもちいた燃焼器内最大圧力の推算値は, 該当論文(1流管準1次元解析)のそれよりも実験値に対して正確であった. 本解析手法を過去のvitiated気流における超音速燃焼試験結果に適応させることで, より実飛行状熊に近いclean気流下での結果を推算し得ることが示された.

The research of supersonic combustion is carried out in the following three aspects: 1. A Quantitative Evaluation of the Effects of Combustor Flow Composition Variation on Supersonic Combustion and Combustion Performance. In the first place, the inflow flow is related to the temperature of the inflow flow, and the results of the combination of the two conditions are as follows. On the one hand, he has a lot of problems to solve, but the results are not enough. In this study, the results of combustion test under different conditions were obtained. The pressure measurement of the wall of the main combustor is carried out in the thrust field. 3. The method of external analysis is implemented according to the first dimensional analysis. Main stream fuel mixing and mixing is considered. The static pressure of each flow tube of arbitrary section is constant. In this study, the minimum number of combustion flow tubes is more than 1, and the minimum number of combustion flow tubes is more than 1. The analytical results show that the fuel mixing efficiency is higher than the thrust sensitivity. General high temperature Vitiated gas flow generation is relatively easy to Clean gas flow. Therefore, the combustion test of Vitriated flow is carried out in advance, and the mixed high rate distribution is calculated. The results of ground test are compared with the results of performance prediction of ground test. The results of Clean/Vitiated gas flow condition are compared with the results of quasi-1 dimensional analysis. The above analytical methods are cited in this paper. The thrust ratio of Clean/Vitiated flow is analyzed. The relative error is 6% without analysis. The maximum pressure in the combustor is calculated by this method, and the calculation value is correct when the paper (1 flow tube quasi 1 dimensional analysis) is correct. This analytical method is used to estimate the results of supersonic combustion tests in the past.

项目成果

Evaluation of Dual-Mode Combustor Characteristics with Vitiated and non-Vitiated Inflow

破坏和非破坏流入的双模式燃烧室特性评估

• 发表时间: 2013
• 作者: Junji Noda;Sadatake Tomioka;Noboru Sakuranaka and Tetsuo Hiraiwa
• 通讯作者: Noboru Sakuranaka and Tetsuo Hiraiwa