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課題
背景  スクラムジェットエンジン(SCRAM jet engine=Supersonic Combustion RAM jet engine"超音速燃焼ラムジェットエンジン")とは,現在,将来の極超音速・超音速スペースプレーンの推進機関として研究・開発されているエアーブリージングエンジンの一つである.その特徴はエンジン全域で超音速が保たれる点である.そのため,燃焼室においても超音速が保たれており,0.5msec程度の極短時間に燃料と空気を分子レベルで混合し,燃焼に導く必要がある.だが,超音速流中での混合は圧縮性の影響で強く抑制される.したがって,超音速流中での”混合促進”が言うまでもなく重要な課題の一つとなる.よって,燃焼室内流れに関する研究は活発に行われている.超音速燃焼において求められることは超音速気流中で確実に点火し,火炎を保持して安定させること,さらに,短い時間内に反応を終了させなければならないことなどがある.

Figure 1. スクラムジェットエンジンの構造.


Figure 2. アメリカで開発中のX-51A.


Figure 3. JAXAと防衛省の研究協力.
目的  フラッタや縦渦導入を用いて超音速混合を促進することが目的
方法  過去の論文を参考にしてスクラムジェットエンジン内部の燃焼器の計算格子を縦渦導入型燃焼器,垂直噴射型,水平噴射型の三種類作成.水素の体積分率等を解析し,縦渦導入型の燃焼器がどれだけ数値的に優れているか調べる.

Figure 7. 縦渦導入型の噴射機.


Figure 8. 垂直噴射型の噴射機.


Figure 9. 水平噴射型の噴射機.
結果  以下にそれぞれの噴射機に所定の空気,水素を流した場合の下壁圧力の分布を示す.なお,10MPaで無次元化を行っている. 


Figure 10. 垂直噴射の場合の下壁圧力.


Figure 11. 水平噴射の場合の下壁圧力.


Figure 12. 縦渦導入の場合の下壁圧力.