排気ノズルを有するパルスデトネーションエンジンの数値解析による推力性能評価  第1報:詳細反応モデルによる基本性能の評価

木村勇一朗; 坪井伸幸; 坪井伸幸; 林光一; 山田英助

文献

J-GLOBAL ID：201002299211019466 整理番号：10A0488065

排気ノズルを有するパルスデトネーションエンジンの数値解析による推力性能評価第1報:詳細反応モデルによる基本性能の評価

Numerical Study and Performance Evaluation for Pulse Detonation Engine with Exhaust Nozzle 1st Report: Estimation on Performance Using a Detailed Reaction Model

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資料名：
巻： 58 号： 675 ページ： 91-99 (J-STAGE) 発行年： 2010年
JST資料番号： L3565A ISSN： 1344-6460 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：日本 (JPN) 言語：日本語 (JA)

パルスデトネーションエンジン(Pulse Detonation Engine,PDE)は主に極超音速航空機用エンジンなどの次世代航空宇宙用推進機関への応用が考えられている。このPDEの実用化における重要な課題として間欠作動による推力密度の低さを補うことと,推力性能のさらなる向上が挙げられる。そのための手法として部分充填効果やエジェクターの利用などがあるが,その中の一つに,排気ノズルの利用がある。本研究では,まずノズル形状が明らかになっているマルチサイクルPDEにおける推力性能を詳細反応モデルにより評価し,Maら,Harrisらが行なった一段階反応モデルによる結果と比較を行なった。今回の計算において想定したPDEのモデルとしては,水素を燃料とし,インテークから取り入れた空気をラム圧縮し,掃気および燃料と混合して充填混合気として利用する空気吸込型PDEを考えた。支配方程式には,2次元および2次元軸対称圧縮性オイラー方程式にH₂,0₂,0,H,OH,HO₂,H₂0₂,H₂0,N₂の計9化学種の質量保存を加えたものを用いた。まず初めに,実験や理論解析が多く行われている標準大気圧条件下における,直管を用いた単純化PDEの単発における推力を推算し,これらの過去の様々な研究との比較を行い,本解析手法の妥当性を検証した。次にマルチサイクルの性能を評価する際,初期条件,格子解像度およびスケールの影響をあらかじめ把捉しておく必要がある。そこでまずこれらについてもっとも標準的な軸対称について評価を行った。今回の解析条件では一段階反応モデルを用いているMaら,Harrisらの計算結果と本計算結果の比スラストには数%の差が示された。しかしMaらの解析では直接起爆の影響が200s程度含まれている可能性がある。そして一段階反応モデルで使用している比熱比が1.17と1.4であり,一方詳細反応モデルでは1.24~1.4と違いが大きい。これらのことから,今後は様々な条件・形状で直接起爆の影響を排除し,両反応モデルの違いとそれが性能に与える影響を注意深く調べる必要がある。

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ガスタービン

引用文献 (24件)：

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