陽極酸化法を用いた超撥水伝熱管によるプリクーラ伝熱面への着霜遅延化に関する研究 第2報：着霜への主流流速の影響に関する検討

摘要

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は，地上静止状態からマッハ5から6の広範囲を単一機構で運用する極超音速機用エンジンとして予冷ターボジェットエンジン(PCTJ)を提案している[1-4]. PCTJは，圧縮機上流に液体水素燃料を冷媒とする空気予冷却器(Pre-cooler)を搭載し，ターボ機構の熱負荷を低減することで極超音速飛行を可能とする.しかし，低マッハ数領域においてエンジン性能を劣化させるプリクーラ伝熱面への着霜現象が問題となっており，着霜抑制法の考案は重要課題となっている.今までも，冷媒噴霧による除霜法[5]や凝縮性物質を噴霧する除霜法[6]，ジェット噴射による除霜法[7]などが考案されてきた.しかし，これらの方法は新たな機構が必要となり，機体重量の増加やシステムの複雑化が懸念される.そこで，本研究では新たな機構を必要としない着霜抑制法として伝熱管の撥水性に着目した.撥水性の付与には陽極酸化法にて微細な表面粗さを付与し，パーフルオロアルキル基含有りh酸エステルに浸漬処理することで行った.この手法で超撥水性を付与したアルミニウム製伝熱管を用い，液体窒素を冷媒とした主流流速2 m/s，4 m/sでの実験において，その着霜低減効果を見出した[8].撥水性付与による着霜低減効果は，撥水性により伝熱管の表面自由エネルギーが小さくなることで，霜の付着力が低下することによるものと考えられる.先の研究においても，主流によって伝熱管後方の霜が吹き飛ばされ，着霜量が減少する事（吹き飛び効果）が確認された.そこで本研究では，超撥水伝熱管を用いて，主流流速が着霜量低減に及ぼす影響を調査する事を目的とし，過去の研究に加え，主流流速6 m/sでも実験を行うことで主流流速と着霜抑制の関係を調査した.