早稲田大ら、極超音速実験機のマッハ5飛行を想定した燃焼実験に成功

極超音速実験機の燃焼実験(マッハ5飛行状態)(出典: JAXA)

　早稲田大学、宇宙航空研究開発機構(JAXA)、東京大学、慶應義塾大学は4月16日、共同研究によって極超音速実験機を用いたマッハ5燃焼実験に成功したと発表した。

　極超音速飛行では、飛行マッハ数や機体の姿勢によって形成される衝撃波が変化し、エンジンに取り込まれる気流の状態が大きく変わるほか、エンジンの推力が機体の運動に直接影響を与えるため、機体とエンジンの相互干渉が非常に強いシステムとなっている。そのため、極超音速機は機体の空力設計やエンジンの燃焼設計を一体として取り扱う必要がある。

　今回の研究では、極超音速飛行環境においても安定したエンジン作動と機体制御が可能な全長2mの極超音速実験機を統合的に設計。マッハ5の飛行状態では機体周囲の空気温度が1,000℃程度に達するため、耐熱材料と遮熱構造を組み合わせた軽量耐熱構造とし、高温環境下でも内部の電子機器が正常動作するようにした。

　実験にはJAXA角田宇宙センターのラムジェットエンジン試験設備を使用。マッハ5の飛行状態を模擬した極超音速風洞での燃焼実験を実施した。その結果、空力、推進、構造の統合設計の妥当性を確認でき、将来の極超音速機の実用化に向けた基礎データの取得に成功した。

ラムジェットエンジンの燃焼作動(出典: JAXA)

実験機の耐熱性能の測定(出典: JAXA)

　共同研究チームではこの結果を踏まえ、極超音速実験機を観測ロケットなどに搭載し、マッハ5程度での飛行実験の実施を構想しており、将来的には太平洋を2時間で横断できるような極超音速旅客機や高度100km程度に到達するスペースプレーンの実現につながるとしている。