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遷音速流中で逆圧力こう配域をもつ軸対称物体におけ
る衝撃波挙動に関する実験的研究
松下, 政裕, 白鳥, 敏正, 桜井, 忠一
日本機械学会論文集(B編), 62(599): 128-133
1996-07-25
http://hdl.handle.net/10748/2260
DOI
Rights
Type
Textversion
社団法人日本機械学会
Journal Article
publisher
http://www.tmu.ac.jp/
首都大学東京 機関リポジトリ
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
?sss
日 本 機 械 学 会 論 文 集(B編)
論 文No.95--1544
62巻599号(1996-7>
遷音速流中で逆圧 力こう配域 を もつ軸対称物体
における衝撃波挙動に関す る実験的研 究*
松
下
政
裕*1,白
鳥
敏
正*2,桜
井
忠
一*2
ExperimentalInvestigationontheBehaviorofShockWaves
onaWaistedBodyinTransonicFlow
MasahiroMATSUSHITA,ToshimasaSHIRATOKIandChuichiSAKURAI
Anexperimentalstudywascarriedouttoinvestigatethebehaviorofshockwavesonathreedimensionalaxisymmeiricwaistedbodywithanadversepressuregradientregionintransonicflow.
Thisincludedanexperimentinwhichatrippingwirewasplacedonthetipofthewaistedbodyso
thattransitiontoturbulencewasexcited.Basedontheexperimentalresults,thebehaviorofshock
waveswasclassifiedintothreetypesaccordingtoshockfeaturesandfreestreamMachnumbers.For
type1,thefeaturesoftheflowwereunsymmetrical.Furtypes2and3,shockmotionscuuldbe
regardedasaxisymmetrical.Thebehaviorofshockwaveswhenthetrippingwirewaspresentdid
notdifferfromthatwithoutthetrippingwire.
KeyWords:AxisymmetricFlow,ShockWave,TransonicFlow
で あ る と推 測 さ れ る.し か し,二 次 元 翼 な ど で 風 洞 実
論
1.序
験 を行 う場 合 は,側 壁 の 影 響 な ど もあ り,こ れ らの 現
遷 音 速 領 域 で作 動 す る翼 や フ ァ ン ・圧 縮 機 の ブ レー
ドで は,わ ず か な迎 え 角 の 変 化 や 速 度 変 化 に よ っ て衝
撃 波 の 発 生 状 況 や挙 動 が 大 き く変 化 し て し ま う.さ
象 を明 確 にで きな い とみ られ る.一 方,三 次 元 軸 対 称
物 体 を 扱 う こ と は,軸 対 称 性 の 有 無 に か か わ りな く,
ら
衝 撃 波 と境 界 層 の 干 渉 現 象 を扱 う う え で有 効 で あ る と
に,そ の 衝 撃 波 は物 体 表 面 付 近 で 境 界 層 との 干 渉 を起
こ し流 れ は きわ め て 複 雑 な もの とな るω.衝 撃 波 と境
推 測 され る.
一般 に
,三 次 元 軸 対 称 物 体 に つ い て は エ リア ル ー ル
界 層 の 干 渉 や,衝 撃 波 の 振 動 な ど の 現 象 は,物 体 形 状
の 観 点 か ら調 べ ら れ て お り,例 え ば,Hsieh'》(5)は 遷
や 境 界 層 の 性 質 な ど 多 くの 因 子 に 依 存 す る た め,ま だ
音 速 流 れ 中 で鈍 頭 物 体 に 発 生 す る衝 撃 波,は
多 くの 問 題 が 残 され て い る.ま
つ い て 調 べ て い る.ま た,逆 圧 力 こ う配 域 を もつ 三 次
た,こ の よ う な 複 雑 な
流 れ の 数 値 解 析(ziを行 うの は,今 日 に お い て も乱 流 モ
元 軸 対 称 物 件 で あ るWaistedBody(く
デ ル な ど,な お 問 題 とな る部 分 が 多 く,数 値 解 析 結 果
物 体)に つ い て,Winterら(6)は
の 評 価 を行 う た め に も実 験 に よ る観 察,計 測 が 重 要 に
Noguchiらi2,は
な っ て い る.
Winterら
さ て,風 洞 実験 に お い て三 次 元 軸 対 称 物 体 を 扱 う こ
く離 泡 に
び れ 部 を もつ
実 験 的 に 調 べ て お り,
数 値 解 析 で 調 べ て い る.し か し,こ の
の 実 験 は,機 体 を 想 定 した 比 較 的 大 き な レ
イ ノ ル ズ 数 範 囲(ke=5.0∼20×166)で
行 わ れ た もの
と は,二 次 元 翼 な どに 比 べ 壁 面 の 影 響 を受 け に くい と
で あ る.衝 撃 波 の挙 動 は境 界 層 との 干 渉 の 影 響 を大 き
い う点 で 有 利 で あ る と考 え られ る .特 に,局 所 的 な衝
く受 け,そ の 干 渉 現 象 は レ イ ノル ズ 数 の 影 響 を受 けや
撃 波 と境 界 層 の 干 渉 現 象 や,衝 撃 波 の振 動3,な どの 非
す い と考 え られ るの で,比 較 的 低 い レイ ノ ル ズ 数 範 囲
定 常 現 象 を取 扱 う場 合,衝 撃 波 や は く離 は 非 二 次 元 的
の 実 験 も必 要 と思 わ れ る.
以 上 に よ り,本 研 究 は 上 記 のWaistedBodyの
率 原 稿 受 付1995年9月251i
#1正
員
6).
・z正 員
1/15ス ケ ー ル の もの を 用 い,遷 音 速 流 中 で の三 次 元 軸
.
,東 京 都 立 科 学 技 術 大 学 大 学 院(⑰191日
約
野 市 旭 が 丘6-
対 称 物 体 に お け る衝 撃 波 の 発 生 形 態,位 置,軸 対 称 性
な どの 衝 撃 波 挙 動 に つ い て 実 験 的 に 調 べ る こ と と し
,東 京 都 立科 学 技 術 大 学 航 空 宇 宙 シ ス テ ムIl学 科.
一tzs一
N工 工一ElectrOnic工
」ibraryService
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
'?669
遷 音速 流中 で逆圧力 こう配域 を もつ軸対称 物体 にお け る衝撃 波挙 動 に関す る実験 的研 究
中 心 に 行 い,モ
た 。
デ ルBに
つ い て は 油 点 法(8}に よ る 境
界 層 は く離 計 測 も 行 っ た.
2.実
験
方
法
ま た,モ
実 験 に用 い た 試 験 模 型 は,く び れ 部 の 異 な る3種 類
デ ルBに
定 し た.静
つい ては試験模 型の表 面静圧 を測
圧 孔 の 位 置 はX=0.1,0.3,0.35,0.37,0.41,
の 三 次 元 軸 対 称 物 体 で あ り,そ れ ぞ れ の 形 状 を 図1に
0.46,0.61,0.69,0.82,0.92の
示 す.ま
は,試 験 模 型 内 部 に 埋 め 込 ま れ た 導 圧 管 に よ り風 洞 外
た,そ れ ぞ れ の 形 状 は付 録1に
示 した 代 数 式
に よ って 定 義 され て い る.モ デ ルAはWinterら
験 模 型 と同 じ形 状 で,約}/15の
る.モ
デ ルBは,逆
の試
ス ケ ー ル の もの で あ
0.3∼0.7)の 傾 斜 が モ デ ルAに
小 直 径 部 の 直 径 が 約1.6倍
部 の 圧 力 セ ン サ で 行 っ た.ま
合 上,静
定 結 果 は製 作 の 都
3.結
の もの で あ る.モ デ ルCは,
3・1発
果 お よび考 察
生 衝撃波 の分 類
ま ず,WaistedBody
波 に もた ら す影 響 を み る た め,最 小 直 径 部 まで は モ デ
まわ りに 発 生 す る衝 撃 波 に つ い て,モ デ ルBの
ルBと
説 明 す る.図2に
同 じ形 状 で,最 小 直 径 部 以 降 が 円 柱 状 に な っ て
い る もの で あ る.な お これ 以 降,水 平 方 向 位 置Xと
ず
々 に 測 定 し,重 ね 合 わ せ た も の で あ る.
比 べ 緩 や か で あ り,最
物 体 後 方 部 分 の 形 状 が 逆 圧 力 こ う配 域 で 発 生 す る衝 撃
た,測
で あ る.静 圧 計 測
圧 孔 を 三 つ の 同 一 形 状 の 試 験 模 型 に3,4個
つ 分 け,別
圧 力 こ う配 域 に あ た る部 分(X=
合 計10点
モ デ ルBの
場合 で
場 合 の シ ュ リー レ ン写 真
し
の 一 例 を示 す.こ れ は ナ イ フ エ ッ ジ を横 切 りに し て撮
示 した よ うに物 体 先 端 に 原 点 を と り,物 体 全
影 した もの で あ る.な お,物 体 先 端 上 流 に あ る くの 字
長 に よ っ て無 次 元 化 した もの を 使 用 す る.ま た,本 実
状 黒 影 は,シ ュ リー レ ン写 真 の 基 準 位 置 を示 す た め 観
験 で 使 用 し た 試 験 模 型 は 全 長100mmで
測 窓 外 側 に設 け た ワ イ ヤ の 影 で あ る.ま ず,主 流 マ ッ
て図1に
あ り,こ の 試
験 模 型 で 衝 撃 波 前 方 の境 界 層 は 層 流 で あ る と考 え られ
ハ 数 が0.80を
る の で,モ デ ルAお
され た.図2(a)は
よ び モ デ ルBに
つ い て は境 界 層
超 え た と こ ろ か ら衝 撃 波 の 発 生 が 観 察
主 流 マ ッハ 数0.839の
ときの写真
を乱 流 に遷 移 させ る た め トリ ッ ピ ン グ ワ イ ヤ を 物 体 先
で,こ の と き最 大 直 径 部 付 近 に 複 数 の 細 か い衝 撃 波 が
端 に付 け て の 実 験 も行 っ た.こ
発 生 す る.次 に,主 流 マ ッハ 数 を増 加 させ る と,衝 撃 波
ワ イ ヤ は直 径 約150ｵmの
の と き,ト リ ッ ピ ン グ
の 発 生 位 置 は後 方 に な り,図2(b)の
針 金 を使 用 し,X=0.075の
直 衝 撃 波 が 観 察 され る.さ
位 置 に 取 付 け た.
実 験 に使 用 した 風 洞 は間 欠 吹 出 し風 洞 で あ り,測 定
部 は150×100mmで
あ る.マ
ッハ 数 範 囲 は0.7か
ら
よ うに一 っ の垂
ら に大 き な 主 流 マ ッハ 数 で
は,図2(c)の
よ うに 湾 曲 した 衝 撃 波 が 観 察 され る.な
お,図2(c)の
写 真 で 黒 影 が 物 体 表 面 に垂 直 に つ い て
0.9で あ り,レ イ ノ ル ズ 数 は 代 表 長 さ と して 試 験 模 型
い る よ うに 見 え るが,こ れ は 湾 曲 した 軸 対 称 な 衝 撃 波
の 全 長 を とる と約1.8∼2.4×106で あ る.実 験 は シ ュ リ
ー レ ン法 お よ び シ ャ ドウ グ ラ フ法 に よ る可 視 化 観 察 を
を横 か ら観 察 して い る た め に 見 え る影 で あ る.
また,図3に
油 点 法 に よ る結 果 の 一 例 を示 す.こ
の
油 点 法 の 結 果 に よ る と,今 回 の 実 験 の 主 流 マ ッハ 数 範
囲 全 般 に わ た り,物 体 の 逆 圧 力 こ う配 域 に,は
轟
20'
Y
鯛odelA
mot
、
〈
}」
}
一
唱「
一
聾
_
1
1
r
h
1&. 旧㎜
己
一
ゴ
r'一'回r
へi
6.14nm
も し くは は く離 が 存 在 す る と考 え られ る.は
1i
14. 3Jnm
後 に あ り,マ ッハ 数 の 増 加 に 従 いわ ず か に後 方 に移 り,
約X=0。35ま
蘭odelB
で 移 動 す る.
以 上 を も と に,発 生 衝 撃 波 を 大 き く3タ イ プ に分 類
蟹
Y
く離 点 は
流 れ 場 全 体 が 亜 音 速 で あ る と き に は,最 大 直 径 部 の 直
一
,亀
く離 泡
「
}
1<:雪
r'一
.32nm15
した.図4に
幽
図5に
. 11nm
主 流 マ ッハ 数 と物 体 近 傍 衝 撃 波 位 置 の 関 係 を 示
す.図5に
昌
「
〈
一一
一
コ1
1
0.3
軸は
こ で,衝 撃 波 の 物 体 近
傍 位 置 は,タ イ プ1の 衝 撃 波 の よ う に 複 数 の 衝 撃 波 が
1
観 察 され る と き は 先 頭 と最 後 の 衝 撃 波 に つ い て 計 測
10.32nm10.32
0
お い て,縦 軸 は流 れ 方 向 位 置Xを,横
主 流 マ ッハ 数 を表 し て い る.こ
観odelC
Y
+fif
分 類 を行 っ た と き の模 式 図 を 示 し,ま た,
コ
51
」
lIl10
巴
一
し,そ の 範 囲 を 示 して あ る.以 下 タ イ プ別 に 説 明 して
い く.
0.11.OX
(100mn)
(1)タ
イ プ1主
流 マ ッ ハ 数 約0.80∼0.86で
物 体 近 傍 位 置X=0.29∼0.40の
Fig.1Testedwaistedbody
範 囲 に複 数 の細 か い
一129一
N工 工一ElectronicLibraryService
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
267(}
遷 音速 流中 で逆圧 力 こう配域 を もつ軸 対称物 体 にお け る衝 撃波挙 動 に関 す る実験 的研究
衝 撃 波 が 発 生 して い る状 態 で あ る.二 次 元 翼 の 層 流 境
流 れ は 亜 音 速 で あ る た め,タ イ プ1の 衝 撃 波 の よ う な
界 層 と衝 撃 波 の 干 渉 現 象 に類 似19)し て お り,そ れ と同
二 つ め 以 降 の 衝 撃 波 の 発 生 は 起 こ ら な い.ま
様 に考 え る と模 式 図 の よ う に な る.先 頭 の衝 撃 波 に よ
の 上 下 を み る と,ほ ぼ 衝 撃 波 は軸 対 称 で あ り,こ の よ
り境 界 層 が わ ず か に 持 ち 上 げ られ,前 方 で 圧 縮 波,後
う に衝 撃 波 が 強 い と きは 局 所 的 な境 界 層 か らの 影 響 を
方 で 膨 張 波 を伴 い,そ の 後 方 で も次 々 に衝 撃 波 が 生 じ
受 け に く く,軸 対 称 性 が保 た れ る と考 え られ る.
て い る.こ の場 合,物 体 の 上下 をみ る限 り,衝 撃 波 の 発
生 状 況 に軸 対 称 性 は な い.こ
の よ う に 弱 い 衝 撃 波 は,
(3)タ
イ プ3主
た,物 体
流 マ ッハ 数 約0.86∼!....で
物 体 近 傍 位 置X=0.38∼0.47に
湾 曲 した衝 撃 波 が 発
局 所 的 な境 界 層 との 相 互 干 渉 を 受 け や す く軸 対 称 に は
な ら な い と考 え られ る.
(2)タ
イ プ2主
流 マ ッハ 数 約0.85∼0.87で
物 体 近 傍 位 置X-0.37∼0.42に
一 つ の垂 直 衝 撃 波 が
発 生 して い る状 態 で あ り,最 大 直 径 部 付 近 か ら は圧 縮
翁
蒋
瑳
波 が 生 じ て い る.こ の 場 合,衝 撃 波 が強 く,衝 撃 波 後 の
鋤
慧
・
!灘
撃..幾
Fig.30ilflowphotograph(ModelB
,ル 島 二 〇.76)
snookweva
(a>ノ
図「,噂=0.839
ir
BoundaryLayer＼/
Separ8ヒion8ubb盲o
/イ
・
(a)Type1〃//
ShockMave
c…asionhave//一
こミ
浴
Flor
沙(、)T,偲3
Fig.4Classificationofflowfields
(b)Mm=0.859
蠣 欝塗
'・、'写一,舞
(c>ノ
ロ「o。=・0.881
Fig.2Schlierenphotograph(IVlodelB)
一130一
NII-ElectronicLibraryService
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
?671
遷音速 流 中で逆圧 力 こう配 域 を もっ軸対称 物体 にお ける衝撃 波挙 動 に関す る実験 的研 究
生 して い る状 態 で あ る.こ の 場 合 も タ イ プ2の 衝 撃 波
c・一意
くPPm-1)(1)
と同 様 に軸 対 称 性 は保 た れ て い る.し か し,こ の と き
衝 撃 波 未 端 は風 洞 側 壁 まで 達 し て い る た め,そ の 影 響
ルCに
撃 波 の発 生 位 置 の比 較
モ デ ルA,モ
デ
つ い て も ほ とん ど上 記 と 同 様 の 衝 撃 波 の 発 生
が観 察 され,同 様 に 分 類 で き る.そ こで,図6に
A,B,Cの
モデル
縦 軸 が 流 れ 方 向 位 置Xを,横
軸 が 主 流 マ ッハ 数 を 表
こ で タ イ プ1の 衝 撃 波 に つ い て は い ち ば
ん 前 方 の 衝 撃 波 の 発 生 位 置 の み を 示 して お り,他 の 衝
撃 波 に つ い て は省 略 し て あ る.ま た,線 は そ れ ぞ れ の
の 点 は実 験 に よ る計
で あ る.さ
ら に,シ ュ リー レ ン写 真 か ら計 測 し た衝 撃
波 の 平 均 物 体 近 傍 位 置 も示 す.
の い ち ば ん 上 に示 し た も の は臨 界 マ ッ
ハ 数 に あ た る主 流 マ ッハ 数0 .8の と きの 分 布 で あ り,
破 線 はWinterら
の モ デ ルAに
お け る 主 流 マ ッハ 数
0.801(Re=1.Ox10')の
と きの 結 果 で あ る.両 者 を比 較
す る と,モ デ ルBの
ほ う が くび れ が 少 な い た め,圧 力
上 昇 も緩 や か に な っ て い る こ とが わ か る.こ れ は レ イ
近 似 曲 線 で あ る.
ま ず,モ デ ルBと
モ デ ルCに
つ い て 比 較 す る と全
般 的 に 違 い が 少 な く,衝 撃 波 の 発 生 状 況 は ほ とん ど同
じで あ る.こ の こ とか ら,逆 圧 力 こ う配 域 で 発 生 す る
衝 撃 波 は くびれ 以 降 の 物 体 形状 の 影 響 を受 け に くい と
ノ ル ズ 数 の違 い もあ る た め,今 回 の 結 果 だ け か ら で は,
正 確 に比 較 で きな い と思 わ れ る が,モ デ ル 形 状 の 違 い
が 大 き く影 響 して い る と考 え られ る.
次 に タ イ プ1,2,3に
相 当 す る 分 布 を 比 較 す る と,
主 流 マ ッハ 数 の 増 加 に 伴 い衝 撃 波 に よ る圧 力 上 昇 の 位
い え る.
次 に,モ デ ルAと
モ デ ルBに
つ い て 比 較 す る と,
タ イ プ1の 衝 撃 波 が 発 生 す る主 流 マ ッハ 数 で は違 い は
み ら れ な い が,タ イ プ3の 衝 撃 波 で は モ デ ルAの
う が モ デ ルBよ
ほ
り も,衝 撃 波 の 発 生 位 置 が後 方 に な っ
て い る こ とが わ か る.こ れ は,最 小 直 径 部 ま で の 形 状
の 違 い に よ り,圧 力 上 昇 の 程 度 が 異 な り,そ の 違 い が,
衝 撃 波 の 位 置 に影 響 を与 え て い る た め で あ る と考 え ら
置 が 徐 々 に後 方 に移 る こ とが 読 取 れ る.ま
た,そ の 位
置 は シ ュ リー レ ン写 真 か ら読 取 っ た衝 撃 波 の 位 置 に ほ
ぼ 一 救 し て い る こ とが わ か る.
3・4ト
モ デ ルAに
リッピング ワ イヤ をつ けた場 合
お け る タ イ プ1,3の
3・3物
体表 面静 圧分 布
衝撃 波 の シ ャ ドウ グ
ラ フ写 真 を ト リッ ピ ン グ ワ イ ヤ を付 け た 場 合 と付 け な
い 場 合 につ い て 示 す.ト
リ ッ ピ ン グ ワ イ ヤ を物 体 先 端
示 す.図7で,縦
位 置Xを
に分 類 で き る.し
場 合 に つ い て 図7に
軸 は圧 力 係 数Cpで,横
か し,ト リ ッ ピ ン グ ワ イ ヤ を付 け な
軸 は流れ方 向
表 して い る.こ こで,Cpは
055
も,先 ほ ど と同 様 の衝 撃 波 発 生 状 況 が 観 察 さ れ,同 様
次 にWaistedBodyの
物 体 表 面 静 圧 分 布 を モ デ ルBの
次 式 で 表 され る.
τ
【1
「
9
qO
"
‐
xO45
yodelB
一
騰odelC
●
i°
幽-
り
1
1鞠
一
騨
灘
鰭
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r
吟
0
卿
一一ModelA
▲
一
●
00.40
・
卿
`畠
8もm4
.
ら
0.30
0.25
図8に
に付 け る こ とに よ り,境 界 層 を 乱 流 に遷 移 させ た 場 合
れ る.
0.50
主流
測 値 の 平 均 を表 し,実 線 は そ れ を 近 似 的 に 結 ん だ もの
まず,図7中
衝 撃 波 の 物 体 近 傍 発 生 位 置 を 示 す.図6は
して い る.こ
比 熱 比,〃..は 主 流 マ ッハ 数Pmは
静 圧 を表 して い る.ま た,図7中
が 若 干 あ る と考 え られ る.
3・2衝
こ こ でxは
_o
●
▲
す
開
り
.1.1塵
●
一
一
昌
0.780.800.820840.860880.90
Freestrea佃
嗣achNumber爾o
Fig.7Pressurecoefficientdistribution
Fig,6Shockwaveposition(Comparison)
一131一
N工 工一ElectronicLibraryService
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
"67?
遷 音速 流中 で逆圧 力 こう配域 を もつ軸対 称物体 にお け る衝撃 波挙動 に関 す る実験 的研 究
(a-1)TypeI(Mo=OX19)
(b1)Type1(.1肱,=0
.805)
灘
舜
癒鱒
(a2)Type3(〃
偶=0871)(b2)Type3(〃
偽=0,866)
(a)、Vithoutthetrippingｵire(b)、Viththetrippingwire
Fig.8Shadowgraphphotograph(ModelA)
い と き と次 の 二 つ の 違 い が 観 察 され た.ま
ず,図8の
る.
タ イ プ1の 衝 撃 波 に つ い て み て み る と,ト リ ッ ピ ン グ
3・5WaistedBodyに
よ る実験 の 意義
臨界 マ
ワ イ ヤ を付 け た 場 合,細 か い衝 撃 波 の数 が 少 な くな り,
ッハ 数 付 近 で 発 生 す る タ イ プ1の 衝 撃 波 の よ うな弱 い
物 体 の ヒ ドを み る限 り衝 撃 波 の 発 生 状 況 は軸 対 称 で あ
衝 撃 波 は軸 対 称 に は な らな い.こ れ は,局 所 的 な境 界
る こ とが 読 取 れ る.こ れ は境 界 層 が 乱 流 に遷 移 し,衝
層 との 相 互 干 渉 の 影 響 が 支 配 的 で あ る た め と考 え られ
撃 波 に よ る局 所 的 な 影響 を受 け に く くな っ た か らで あ
る.そ の た め,こ の と き逆 圧 力 こ う配 域 に 発 生 す る は
る と考 え られ る.ま た,タ イ プ3の 衝 撃 波 で は,衝 撃 波
く離 泡 の 形 態 も軸 対 称 に は な ら な い.こ れ は,二 次 元
の 根 元 の 位 置 が 前 方 に な り,物 体 近 傍 で の 湾 曲 が 大 き
翼 な どで 弱 い衝 撃 波 が 発 生 して い る と き も同 じ よ うに
くな る.こ れ は,モ デ ルBの
考 え る こ とが で き,衝 撃 波 や は く離 は 非 二 次 元 的 な 形
よ う に逆 圧 力 こ う配 域 の
傾 斜 が緩 や か な場 合 で は わ ず か な 違 い で あ っ た が,モ
態 で あ る こ とが 推 測 され る.し か し,二 次 元 翼 な ど の
デ ルAの
タ イ プ3の 衝
風 洞 実 験 を行 う場 合 は,側 壁 の 影 響 な ど も あ り,局 所
撃 波 の写 真 で は,ト リ ッ ピ ン グ ワ イヤ を付 け な い場 合,
的 な衝 撃 波 と境 界 層 の干 渉 現 象 に つ い て明 確 にす る こ
衝 撃 波 の 根 元 の 位 置 は,X=0.5付
近 に 達 し,湾 曲 も
とが で き な い.一 方,三 次 元 軸 対 称 物 体 を 扱 っ た 今 回
方,ト リ ッ ピ ン グ
の 実 験 で は,側 壁 の 直 接 的 な 影 響 は ほ とん ど現 れ て い
場 合 に は顕 著 に 現 れ た.図8の
小 さ くな っ て い る こ とが わ か る.一
ワ イヤ を付 け た 場 合 で は,衝 撃 波 の 根 元 はX=U.4付
な い.つ
近 で λ形 に な って お り,衝 撃 は く離 が 起 き て い る こ と
WaistedBodvは
が 読 取 れ る.つ ま り,境 界 層 が 乱 流 に遷 移 した た め,最
な く,衝 撃 波 と境 界 層 の 干渉 現 象 を取 扱 う う え で 有 効
大 直 径 部 直 後 の は く離 は 抑 え られ る が,衝 撃 波 に よ る
で あ る と い え る.
ま り.く び れ 部 を 有 す る 三 次 元 軸 対 称 物 体,
流 れ場 の 軸 対 称 性 の 有 無 に か か わ り
衝 撃 は く離 が お き る た め 衝 撃 波 は λ形 に な り,そ の 位
4.ま
置 も前 方 に な る.し か し,物 体 か ら少 し離 れ た 流 れ で
は,ト リ ッ ビ ン グ ワ イ ヤ を つ け な い と き と変 わ ら な い
た め,衝 撃 波 の 湾 曲 は 大 き くな っ て い る と 考 え ら れ
と
め
本 研 究 で は,比 較 的 低 い レ イ ノ ル ズ 数 範 囲1.8∼2.4
×IO6に
お い て,遷
音速 流 れ 中 に お け る 逆 圧 力 こ う配
一 一132一
N工 工一ElectrQnlcLib「a「yService
TheJapanSocietyofMechanicalEngineers
?6i3
遷 音速 流中 で逆圧 力 こう配域 を もつ軸 対称物 体 にお け る衝 撃波挙 動 に関 す る実験 的研 究
一 〇.00461
域 を も つ三 次 元 軸 対 称 物 体 で あ る,WaistedBodyに
つ い て,衝 撃 波 挙 動 を 中 心 と し た 実 験 的 研 究 を行 っ
た.得
(3)
-0
られ た結 論 を ま と め る と,
(1)三
Y=-0.236382Y3十
次 元 軸 対 称 物 体 で あ るWaistedBodyの
(4)
.595521X十
-158
類 で きた.す な わ ち,複 数 の 弱 い衝 撃 波 の タ イ プ1,垂
-12
(2)衝
曲衝 撃 波 の タ イ プ3で
あ る.
(5)
撃 波 発 生 位 置 を調 べ る こ とで,物 体 形 状 に
よ る衝 撃 波 の 影 響 を明 らか に す る こ とが で きた.ま た,
(3)く
(6)
Y=187.0525X$-354.6777×4
十19.4464iX-1.396942
(7)
Y=3.8Q838×4-3.89533×3
十 〇.736008×2十
流 れ 場 の 軸 対 称 性 の 有 無 に か か わ りな く,
衝 撃 波 と境 界 層 の 干 渉 現 象 を取 扱 う う え で 有 効 で あ
(8)
ンア=-0.141829×3十
-0
(9)
体 形状 を表す代数 式]
-94
モ デ ルA
(1)
0.14158<X<0.45725
(`?)
0.45725<X<0.64473
(3)
0.64473<X<0.76317
(4)
a.7s3i7<x<1
(5)
(lo)
〇.170781
.823196×1十43.781154X
.63375
Y=0.00141829×3十
-0
(11)
〇.364572×2
.373126X十
Y=-32.14955X'十90.52684×3
-7
O<X<0.14158
〇.?00988X
十 〇.0301986
る.
[付録1物
.939
Y'=0.236382.X3-0.390189×2
→-268.8338.X3-102.1639×2
び れ 部 を有 す る三 次 元 軸 対 称 物 体,Waist・
edBodyは
.03866×2十72.96859X
+0.290242X-0.064001
物 体 表 面 静 圧 分 布 の デ ー タ を 得 る こ とが で き,シ ュ リ
ー レ ン写 真 に よ る結 果 とあ わ せ て,数 値 解 析 結 果 の 評
価 に 必 要 な デー タ を提 供 で き た.
〇.229694
}7==-5358258×4十150.87806×3
逆 圧 力 こ う配 域 に発 生 す る衝 撃 波 は,大 き く三 つ に 分
直 衝 撃 波 の タ イ プ2,湾
〇.60762×2
〇.036467ZXz
.03573126X十
〇.00170781
Y'=0.051653
献
文
(1?McDevitt,J.B.,Levy,L.L.,Jr.andDeiwert,G.S.,
モ デ ルB
O<X<0.14158
El)
0.14158<X<0.30152
(2)
0.30152<X<0.43785
(6)
0.43785<X<0.45125
(7)
0.45725<,X<O.fi4473
(8)
0.64473<X<0.76317
(9)
0.76317<X<1
(10}
TransonicFlo≪abouta"ThickCircular-ArcAirfoil,
!1」乙4A∫,14-5(1976),606・613.
(1)Deiwert,G.S.,ComputationofSeparatedTransonic
"T
urbulentFlows,!1ノ
月.4J.,146(1976),735740,
(3)Lee,B.H.K.,OscillatoryShockM〈)tionCausedby
"T
ransonicSh【
》ckBQundaryLayerInteracticon,!11/1メ1
ノ.,285(1990>,942944.
(4)TsuyingIlsieh,1iemisphereCylinderinTranson蓋c
Flow,Mロ=O.7∼1.0,、4A4、4∫,131(♪(1975),14111413,
(5)TsuyingIlsieh,TransonicViscidInvlscidFlowInteractiollaboutafIer≫isphereCylinder,/1A4/1Z,167
モ デ ルC
(1918),651655.
O<X<U14158
(1)
0.14158<X<4.30152
(2)
0.30152<X<0.43785
(6)
0.43785<X<0.45125
(7)
0.45725<X<O.fi4473
(8)
0.fi4473<X<0.70375
(9)
(6)Winter,K.G.,Kutta,J.C.andSmith,K.G,,studiesof
theTurbulentBoundaryLayerくmaV4`aistedBodyof
RevolutioninSubsonicandSupersonicFlow,KAER&
M.,No.3633(1968).
(7)Noguchi,Y.andShiratori,T.,BehavioroftheJuhnsonKing"Turbulence:LSc
Flows.!V沌
(8)村
膜 法 に よ る 流 れ の 解 析,機
誌,No.i9634
(1971),]484】491.
(11)
0.7{)375<X<1
井 等,油
delinAxisymmetricSupersonic
渦 ∫,327(1999).13941398.
(9)IIoughton,E.L.andCarpenter,P.W.,Aerodynamics
{1)Y=0.36697X
forEnKineeringstudents,β
♪
ゴ々ヨ}ム ゴ
δ卸oηノCン汝1みノ
κ.Ptcbl.
1)crtu,(1960),611,Someboしmdary且ayereffectsin
(2)γ=6.3473♪(a-6.49221×3
supersonicHow,34(139N.
十122fi68Xz十
〇.33498X
一133一
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