プロジェクト研究

超音速無人実験機のエンジンに関する研究

航空宇宙機システム研究センターでは超音速無人実験機の主推進システムとしてガスジェネレータサイクル・エアターボ・ラムジェットエンジン(GG-ATR)を選定しました.これは液体酸素とバイオエタノールの燃焼ガスによってタービンを回し,斜流圧縮機によって吸い込まれた空気を交えてブーストするものです.従来のジェットエンジンよりも高い推重比を達成します.2016年度には,回転系の冷走試験およびタービンを駆動するためのガスジェネレータ―製造に着手しています.

諸 元
全長 780 mm
直径 220 mm
乾燥重量 30.0 kg
定格推力 3 kN
定格回転数 58000 rpm
比推力 900 s
推重比 11
スロットリング特性 40~100%

動バランス試験
GG-ATRタービン・圧縮機の動バランス試験

GG-ATRエンジン冷走試験

コールドガスをタービンに供給することにより回転系を定格回転数(58000rpm)で回転させ,GG-ATRエンジン回転系の振動特性および軸受冷却の効果を確認しています.2015年度には12000rpmで軸変位100um以上の大きな振動が発生することが確認されたため,動バランスの再調整や軸受けダンパーの変更を含む改修を実施しました.これにより1次共振点での振動が抑えられ安定した動作を実現しました.

コールドガス供給設備(窒素/ヘリウム)
コールドガス供給設備(窒素/ヘリウム)


GG-ATR冷走試験の様子

タービン駆動用ガスジェネレータ―に関する研究

GG-ATRエンジンはガスジェネレータ―(GG)で発生した燃焼ガスによりタービンを駆動します.ガスジェネレータ―の燃料にはバイオエタノール,酸化剤には液体酸素を使用します.GGの燃焼圧が低下すると燃焼振動を引き起こすため,2台のガスジェネレータ―を併用して片側をカットオフすることで着陸時に必要なディープスロットリングを達成します.2016年度はGG本体および熱走試験設備の製作を進めています.

エア・インテークに関する研究

GG-ATRエンジンに吸い込み空気を導くインテークは,内部で剥離等が起こらないよう十分に浅いダクト角を有することが理想ですが,重量や構造強度の問題からは短くコンパクトにすることが求められており,このトレードオフで設計点が決められます.CFD解析と風洞試験によるパラメトリック・サーベイを実施しています.

インテーク風洞試験モデル
インテーク風洞試験モデル(左:60°改良モデル 右:45°改良モデル)

インテーク流れの数値解析
インテーク流れの数値解析