1.背景の紹介

航空灯油の燃焼特性を深く理解し、その性能を向上させることは、航空機エンジンにとって極めて重要です。しかし、航空灯油の組成は極めて複雑であるため、すべての成分の燃焼反応をシミュレートする正確な燃料ダイナミクスモデルを確立することは困難です。この課題に対応するため、研究者は代替燃料（既知の割合と組成を持つ燃料混合物）を使用して、実際の燃料の燃焼特性を模倣し、メカニズムモデルを開発しています。中国で航空灯油として広く使用されているRP-3は、多くの学者によるシミュレーション研究の対象となっています。

2.研究内容

RP-3 の燃焼特性を調査するために、四川大学の燃焼動力学研究チームは代替コンポーネントを使用してその燃焼特性を調査し、パラメータを最適化しました。

図1--実験システムの概略図

研究チームは、電子火花を使って燃料と空気を混ぜ、燃焼室内で点火しました。Revealer高速カメラ（X213）とシュリーレン画像システムを組み合わせて高速画像システムを構築し、20,000fpsの速度で炎の伝播形態を同期的に記録しました。変数を制御することで、さまざまな圧力と温度での燃焼特性をテストしました。高速画像システムは、燃焼室内の燃料の画像を常に鮮明に記録することができ、これらの画像から燃焼半径を計算して、燃焼速度などのパラメータを決定しました。レンダリングは次のとおりです。

画像 2 - 一定圧力 (2 bar) およびさまざまな温度での燃焼室内の炎の高速シュリーレン画像。

画像 3 - 一定温度 (443K) および変化する圧力での燃焼室内の炎の高速シュリーレン画像。

3.研究の結論

1) 新たなRP-3灯油代替燃料を開発し、詳細な組成比を決定しました。燃焼実験では、代替燃料とRP-3灯油の燃焼速度などの燃焼特性をさまざまな条件下で比較しました。

2) RP-3代替燃料の燃焼速度は、初期温度または初期圧力の上昇とともに大幅に増加しました。燃焼速度は化学量論比1.1付近でピークに達しました。さらに、実験データとシミュレートされた燃焼速度はKSRMモデルを使用して検証されました。

3) 初期段階における炎の伝播半径は圧力の上昇と一致しませんでした。この矛盾は、過度の点火エネルギーと炎の厚さが拡大する炎の不安定な伝播に与える影響に関連している可能性があります。

4) 圧力が上昇すると、RP-3灯油のマークシュタイン長は大幅に減少しました。しかし、異なる温度条件下では、RP-3灯油のマークシュタイン長に有意な差はありませんでした。さらに、RP-3灯油のマークシュタイン長はその代替品の性能と一致していましたが、RP-3灯油とその代替品のマークシュタイン長の差は燃料が豊富な側で顕著になりました。

4. 業界への応用の概要

シュリーレン撮像装置と組み合わせた高速カメラで構成されたこの観測システムは、気流の境界層、燃焼、衝撃波、ガス内の熱対流、風洞や水洞内の流れ場の観測に広く利用されています。このシステムは、実験ではわかりにくい現象をより明確に観測および記録できるようにすることで研究者を支援し、包括的なソリューションを研究者に提供します。(この情報は四川大学の燃焼動力学研究チームから提供されました。)