ソニックブーム波形予測に向けた乱流と衝撃波の干渉に関する風洞実験

湍流与冲击波干扰声爆波形预测的风洞实验

基本信息

批准号：
18J21758
负责人：
猪熊建登
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology (2020)Nagoya University (2018-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21758/
关键词：
流体力学衝撃波乱流ソニックブーム風洞

项目摘要

本年度は、電磁弁を用いた無隔膜衝撃波管の開発を行った。衝撃波/乱流干渉実験に用いることを念頭に置き、乱流の影響を受けた衝撃波の統計データを効率的に確保するために、短時間で繰り返し再現性の高い衝撃波を放出できる衝撃波管の実現を目指した。この装置は、駆動弁にゴム弁を用い、駆動弁に接する補助高圧室に取り付けた電磁弁によって補助高圧室内の高圧空気の排出を制御し、駆動弁を動かす仕組みとなっている。衝撃波管の高圧室は、本研究でこれまで用いてきた衝撃波発生装置のようなタンク状のものではなく、低圧室と同様の管が取り付けられるように駆動弁の形状を工夫した。高圧室を管状にして小型化することで、高圧空気の充填時間を本研究のこれまでの衝撃波発生装置の1/3ほどに短縮することに成功した。また、補助高圧室に電磁弁を1個取り付けた場合と3個取り付けた場合のそれぞれで衝撃波放出実験を50回繰り返し、衝撃波管の開放端から100 mmの位置における衝撃波の圧力波形を圧力センサを用いて計測した。その結果、高圧室と低圧室の初期空気圧力比が10:1の場合、衝撃波のピーク過剰圧の平均値は、電磁弁が1個のとき21.3 kPa、電磁弁が3個のとき22.4 kPaとなった。また、衝撃波のピーク過剰圧の変動係数は、それぞれ0.026、0.014であり、電磁弁を1個から3個に増やすことで衝撃波生成の再現性が向上した。補助高圧室に取り付ける電磁弁の個数を増やすことで補助高圧室の排出口断面積を拡大でき、高圧空気の排出速度や駆動弁の動作を素早くできると言える。上記結果は、電磁弁の個数変化による補助高圧室の排気特性・駆動弁の動作特性の変化が、衝撃波生成の再現性に大きく影響すること表している。

今年，我们使用螺线管阀开发了无隔膜冲击管。为了在冲击波/湍流干扰实验中使用它，我们旨在实现一个可以在短时间内发射高度可重现的冲击波的冲击波管，以便有效地确保受湍流影响的冲击波的统计数据。该设备将橡胶阀用作驱动阀，以及连接到辅助高压室的螺线管阀，接触驱动阀可控制辅助高压室中高压空气的排放，并移动驱动阀。冲击波管的高压腔室不像本研究中使用的冲击波发生器那样类型，而是设计了驱动阀的形状，因此可以安装与低压室的管。通过将高压室微型化成管状形状，我们成功地将高压空气的填充时间减少到了这项研究中约三分之一的冲击波发生器。此外，对于辅助高压室中安装的一个和三个电磁阀的每种情况，重复冲击波发射实验50次，并使用压力传感器测量了从冲击波管的开口端100 mm处的冲击波的压力波形。结果，当高压室和低压室之间的初始气压比为10：1时，当有一个螺线管阀和22.4 kPa时，冲击波的平均峰值过量压力为21.3 kPa。此外，冲击波的峰值过压力变化的系数分别为0.026和0.014，通过将电磁阀的数量从1增加到三，减震波产生的可重复性得到了提高。通过增加辅助高压室中安装的电磁阀的数量，可以增加辅助高压室的横截面区域，从而使高压空气的快速排出速度和驱动阀的操作。以上结果表明，由于电磁阀数量的变化，辅助高压室的排气特性变化以及驱动阀的工作特性对冲击波产生的可重复性具有显着影响。