理工学部 創造工学科 航空宇宙工学コース/
大学院 生産システム工学系専攻 航空宇宙総合工学コース

教育・研究Research

教授 内海 政春(Uchiumi, Masaharu)

教授 内海 政春(Uchiumi, Masaharu)

居室番号:S305
TEL/FAX : 0143-46-5335
E-mail : uchiumi@mmm.muroran-it.ac.jp
http://www.muroran-it.ac.jp/aprec/

専門 ロケットエンジン,航空宇宙推進,設計工学・システム工学,流体工学,高速ターボ機械,ロータダイナミクス
出身 東北大学大学院
前職 JAXA
担当授業科目 大学院:ロケット推進工学特論
研究室名 航空宇宙機システム研究室
その他 航空宇宙機システム研究センター専任

航空宇宙機システム研究室

航空宇宙機システム研究センター長
教 授

内海 政春

准教授

中田 大将

助 教

江口 光

主 任

高野 智之

スタッフ

渡部 翔太

研究のキーワード

■ロケットエンジン :燃焼系,ターボ系
■ジェットエンジン :タービン,圧縮機,ロータシステム
■ロケットスレッド :ハイブリッドロケット

おもな研究テーマ

・小型で大パワーを生み出す航空宇宙用エンジン(GG-ATR)の研究開発
・自己加圧を利用したクラスター式ハイブリッドロケットエンジンの研究開発
・高速走行軌道実験設備(ロケットスレッド)を利用した航空宇宙機の研究開発
・【共同研究】デトネーションロケットエンジンの地上燃焼試験(JAXA/名古屋大学)
・【共同研究】LNG推進系のレーザ着火試験(IHI/IHIエアロスペース)
・【共同研究】炭化水素系燃料を用いたロケットエンジン燃焼試験(三菱重工業)
・【共同研究】ロケットエンジン用ターボポンプの研究開発(インターステラテクノロジズ)

高速走行軌道試験設備
各種大規模実験をおこなう白老実験場
エアターボラムジェットエンジン(GG-ATR)
エアターボラムジェットエンジン(GG-ATR)
クラスター式ハイブリッドロケットエンジン
クラスター式ハイブリッドロケットエンジン
デトネーションロケットエンジン
デトネーションロケットエンジン

研究紹介

ガスジェネレータ(Gas Generator :GG)

GG短秒時燃焼試験(動画)

GG-ATRエンジン ターボ軸系(Rotor System)
様々な革新的技術からなる次世代型航空機用エンジン
【様々な革新的技術からなる次世代型航空機用エンジン】
小型であるにも関わらず,超音速飛行を可能とする.
オオワシⅡでの飛行実証へ向けて研究開発が進められている.
ターボ軸系:各要素で構成される回転機械
【ターボ軸系:各要素で構成される回転機械】
小型かつ大推力を生むエンジンを実現するため
定格回転数が58,000 rpmと非常に高速である.
高速回転は軸受発熱,軸振動を引き起こすため
作動条件の厳しいエンジンである.
研究の目的と手法

革新的基盤技術の飛行実証を達成を目指し
離陸から着陸まで,GG-ATRエンジンの安定作動を実現する.

GG-ATRエンジン ターボ軸系は高速回転機械であり,大きなエネルギーをもって作動する.
安定作動には大きな軸振動を発生させずに,軸受が正常に作動することが重要となる.

エンジン作動試験と解析の両面から研究開発を進めている.

GG-ATRエンジンターボ軸系に関する研究のこれまでとこれから
GG-ATRエンジン ターボ翼素系
研究目的

本研究は本学で研究開発が行われている小型無人超音速機「オオワシⅡ」の推進エンジンとして採用された, Gas Generator cycle Air Turbo Ramjet Engine (GG-ATR)の圧縮機及びタービンの性能把握・向上を目的としています.このエンジンはすでに設計及び製造が行われ,現在窒素ガスなどを用いた実験による性能評価に 取り組んでいます.その試験結果から様々な課題を見つけ出し,解明・解決に当たっています.

動画 GG-ATR冷走試験
図 GG-ATR概略
図 GG-ATR概略
図 GG-ATR外観
図 GG-ATR外観
研究内容
1. タービンや圧縮機の流力性能向上に関する研究

これまで行われてきた実験結果と設計の段階で行うCFDの結果を比較することで,要求された性能を満たしているのか,想定していない損失・現象が発生していないかなどを考察しています.実験結果から,性能に大きなばらつきが発生する原因を究明したり,CFDにより回転しているインペラの内部流れを調べたりしています.

図 タービン翼の径方向温度分布
図 タービン翼の径方向温度分布
図 圧縮機マッハ数分布 回転数60%(左), 70%(右)
図 圧縮機マッハ数分布 回転数60%(左), 70%(右)
2. エンジン内部の内部循環流れに関する研究

エンジンの内部には数多くのパーツが存在しており,それらを高温のガスから保護するように空気の流れを設計しています.それが設計どおりに機能しているかを明らかにするためには,エンジン内部の極めて小さな空間の圧力や温度を測る必要があります.しかしながら,センサ等が設置できないような各部の空間の圧力や温度を,循環流れシステムの解析モデルを構築して,エンジン内部流れの最適化を図っています.

図 エンジン内部の設計流路
二重反転ファン(Counter Rotating Fan)
研究内容

航空機用ジェットエンジンの主要構成要素のひとつに軸流圧縮機がある.
この軸流圧縮機に二重反転ファンを応用し,航空機の燃費を向上させることを目的として研究をおこなっている.

二重反転ファンとは

二重反転ファンは2段のファンを互いに反対方向に回転させ,大きな仕事圧力比を得る技術である. 一般的な軸流圧縮機と比べて,回転数を高くすると性能が低下しやすいというデメリットがあるため,この課題の改善を目指して研究をおこなっている.

二重反転ファン実験装置(動画)
研究手法

二重反転ファンの研究は,『実験』と『CFD解析』を実施する.実験では二重反転ファンの圧力比や効率などのデータを取得し,CFD解析では内部流れの状態を可視化する.

実験設備の概観
実験設備の概観

実験装置の駆動電源としてLi-Poバッテリを使用し
駆動力としてブラシレスモータを使用している.

CFD解析

コンピュータを使って流体の流れを計算・シミュレーションするCFD解析をおこなうことで,実験では確認できない内部の流れを可視化することができる.
計算の条件として,ファンの回転数や圧力,温度などを設定することで,流れの様子をシミュレーションする.

二重反転ファンの流れの様子(動画)

二重反転ファンを駆動した場合,
色のついた線に沿って空気が流れると予測される.
なお,線の色は空気の流れの速さを表しており,より赤色に近いほど速い

流れの可視化

二重反転ファンを含む回転機械の性能を低下させる損失のひとつに『渦』の発生がある.
CFD解析の結果をもとに,ファンのどのあたりにどのような渦が発生しているか可視化し,調べることが性能低下を改善するための糸口となる.

後段ファンに発生する渦構造の可視化
後段ファンに発生する渦構造の可視化

二重反転ファンの後段のファンに発生する渦を可視化している.
色のついた領域が渦の核であり,その色は渦の巻き方向を表す
赤色が流れに対して右ねじ方向,青色が逆方向である.