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宇宙航空研究開発機構

航空用実形状燃焼器の設計支援CFD技術

これまでもJAXAは、航空エンジンの燃焼器開発において、実温実圧環境下でのエンジン燃焼試験と併せて、CFD(数値流体力学)を活用し、エンジンの構成部品単位での計算格子生成手法と、マルチブロック構造格子ソルバーに組み込んだ重合格子法を整備することで、複雑な形状の燃焼器を空気孔の位置・サイズなどの形状を変えながら多くの非燃焼内部の流れ解析を行ってきました。
ジェットエンジンは環境性能を向上させるため、燃焼器の作動条件は高温高圧化し、NOx(窒素酸化物)やPM(粒子状物質)などの有害廃棄物の更なる低減や燃焼振動の抑制が求められています。しかしその実現のためには、燃焼器全体の内部流れと、燃料液滴の分布・蒸発・燃焼状態を把握する事が不可欠す。近年、レーザー等によってそれらの状態を計測できる技術の整備も進んでいますが、それを補うための数値解析技術(CFD技術)の整備も急務となっています。

そこでJAXAは、航空用燃焼器開発に用いるための、実形状燃焼器内部での液体燃料粒子の分散・蒸発・混合・燃焼を予測するための設計ツールの作成を目指します。具体的には、これまでJAXAで実績のあるソルバーをベースに、燃料液滴の挙動を扱う分散相や気相を混合気体に変更して実在気体効果を組み込むことで、最終的に液体燃料粒子の分散、蒸発、混合、燃焼まで模擬することが可能な実用設計ツールを作成します。
このツールにより実形状燃焼器の研究開発の効率を格段に向上し、さらに将来的には、航空エンジン全体を繋げて解析できるツールへの組み込みを目指します。

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