ロケット·宇宙機周りの流れ：液体ロケットエンジン噴射器内の流れと振動燃焼

摘要

ここではH-IIAロケットの主エンジン（図1参照）にも採用されている酸素·水素を推進薬とする液体ロケットエンジンの噴射器内の流れについて，エンジン開発で問題となる振動燃焼と関連させて述べる．ロケットエンジンの燃焼圧力は必ずある程度の振動成分を含hでおり，一般にその振幅が±5％以内であれば安定燃焼，±5％以上の振幅であっても周期性のない場合を荒い燃焼，±5％以上であって周期性のある場合を不安定燃焼と呼ぶ．また，不安定燃焼は，その振動数によって20～200Hzのものを低周波振動燃焼，200～1000Hzのものを中間周波振動燃焼，そして1000Hz以上のものを高周波振動燃焼と呼ぶ．振動燃焼の原因は，低周波と中間周波のものは主に燃焼応答と供給系振動との連成に，また，高周波振動燃焼は主に燃焼応答と燃焼室内の音響振動との連成に起因する場合が多い．燃焼圧が振動するとエンジン自身を振動させるばかりでなく，低周波振動であればロケット機体および搭載した人工衛星本体を振動させる．また，高周波振動の場合には，エンジンの不特定部位が共振して破損させ，また，燃焼室への熱負荷が増大して燃焼室壁や噴射器面を数分の1秒で焼損させることもある．液体ロケットエンジンの燃焼圧振動は，このように極めて有害であることから，その原因究明と防止対策について膨大な研究が行われてきたが，今日のエンジン開発でも依然として大きな問題となっている．液体ロケットエンジンの振動燃焼は，噴射器内の流れとそれに続く微粒化·燃焼の過程に関連し，噴射器形状の良否に左右されることが多い．ここでは噴射器形状とその設計パラメータ，噴射器形状と流れ特性の関連そして噴射器形状と高周波振動燃焼との関連について述べる．