超音速ジェットにおけるヘリカルモード組み合せの音響場に及ぼす影響

摘要

ジェットが超音速では，ノズル背後に形成されるショックセルなどの衝撃波に起因するスクリーチ音，さらに高マッハ数のジェットではマッハ波が発生するなど，亜音速ジェットに比べ周囲環境に耐えがたい騒音が発生する．衝撃波に起因する騒音は，ノズル内部形状の適切化により，衝撃波そのものの発生を抑止し（適正膨張）低減することができる．一方，高マッハ数のジェット騒音を支配するマッハ波は，ジェットせh断層に起こる超音速で進行する不安定波が音源であり，せh断層の急速な拡大により低減できることが予測され，lobe mixersなどによる混合促進ノズルが提案されているが近傍マッハ波の増大を引き起こすことが問題になっている．また，排気ジェットを覆う外殻を設置し，それによりマッハ波を反射させるejector shroudを用いる手法は，その形状や大きさから，騒音低減に対し大きな推力損失を伴うという重大な欠点が存在する．また，高マッハ数の円形ジェットに対する線形安定性解析によると，最も高い成長率を示すモードはヘリカルモードであり，このモードは超音速の位相速度を持ちマッハ波を形成させる．このため，円形ジェットにおけるマッハ波低減には平面ジェットのように亜音速のモードによる低減効果は望めない．このような背景から，新たなマッハ波低減手法の模索に対し超音速ジェットの物理的性質を理論的·数値的に調査するとは意義があるといえる．本研究では，超音速円形ジェットに対し流入撹乱としてランダム的な撹乱および線形不安定撹乱を加えることによる音響場への影響を直接数値シミュレーションの実行により調査する．