- 2020년 3월 6일
- 극초음속여객기 기체 탑재 형태로의 엔진 연소 실험에 성공
이 실험에서는, 극히 초음속 비행시의 단열 압축에 의해 발생하는 고온 기류로부터……[계속 되는]
JAXA는 태평양을 2시간에 횡단할 수 있는 마하 5 클래스의 극초음속여객기의 실현을 목표로 해 기술을 확립하는 것을 목표로 하고 연구 개발을 진행시키고 있습니다.마하 5로 비행하는 극초음속여객기에 대해서는, 마하 2 이하의 초음속 여객기와 비교해서 고온인 환경에서 비행하게 되기 위해, 새로운 엔진이나 내열 구조등의 연구 개발이 필요하게 됩니다.
현재는, 이륙으로부터 마하 5까지 연속 작동할 수 있는 극히 초음속 터보 제트의 연구 개발을 중심으로 하고, 극초음속여객기의 시스템 검토, 공력 설계, 내열 설계등을 진행시키고 있습니다.
극히 초음속 터보 제트의 연구 개발
극히 초음속 터보 제트의 기술 실증을 목적으로 하고, 추진력 1 kN급의 소형 실증 엔진의 연구 개발을 진행시키고 있습니다.2004년에 엔진 시작 실험에 착수해, 2008년에 세계에서 처음으로 이륙 상태로의 엔진 시스템 실증 실험에 성공했습니다.
마하 5로 비행하면, 공기의 흐름을 감속시키는 인테이크의 출구 부분의 온도는 1,000℃으로도 됩니다.거기서, 극히 초음속 터보 제트에서는, 연료의 액체 수소가 매우 차갑다고 하는 특징을 살리고, 고온 공기를 연료로 냉각하고, 코어 엔진을 견딜 수 있는 약 300℃에 냉각하는 방식을 채용하고 있습니다.이 방식에 의해, 1개의 엔진으로 이륙으로부터 마하 5까지 연속 작동시키는 것이 가능해지고 있습니다.냉각에 의해서 공기의 밀도가 커지므로, 엔진의 추진력이 증대한다고 하는 이점도 있습니다.
극히 초음속 터보 제트
극히 초음속 터보 제트는 이하의 주요 부품으로 구성되어 있습니다.
- 가변 인테이크：마하 5의 유입 공기를 마하 1 이하에 감속하는 덕트
- 공기예랭기：고온 공기를 저온의 액체 수소로 냉각하는 열교환기
- 코어 엔진：공기를 압축해 고압의 가스를 생성하는 제트 엔진
- 애프터 버너(afterburner)：고온 연소 가스를 생성하는 연소기와 연소압을 조정하는 가변 노즐
현재는, 극히 초음속 터보 제트의 주요 기술의 확립을 목표로 하고, 내열 설계를 적용한 소형 실증 엔진을 완성시켜, 고온 환경에서 내열 기능을 확인하고 있습니다.향후는, 마하 5 비행 상태를 모의 할 수 있는 램 제트 엔진 시험 설비(JAXA 츠노다 우주 센터새로운 윈도우로 열린다)에 대해 극히 초음속 터보 제트의 추진 성능을 취득해 나갈 예정입니다.
극히 초음속 터보 제트 지상 연소 실험
극히 초음속 터보 제트 마하 4 모의 환경 실험
- 2020年3月6日
- 極超音速旅客機 機体搭載形態でのエンジン燃焼実験に成功
この実験では、極超音速飛行時の断熱圧縮により発生する高温気流から……[続く]
JAXAは太平洋を2時間で横断できるマッハ5クラスの極超音速旅客機の実現を目指して技術を確立することを目指して研究開発を進めています。マッハ5で飛行する極超音速旅客機においては、マッハ2以下の超音速旅客機と比べ、高温な環境で飛行することになるため、新しいエンジンや耐熱構造等の研究開発が必要になってきます。
現在は、離陸からマッハ5まで連続作動できる極超音速ターボジェットの研究開発を中心にして、極超音速旅客機のシステム検討、空力設計、耐熱設計等を進めています。
極超音速ターボジェットの研究開発
極超音速ターボジェットの技術実証を目的として、推力1kN級の小型実証エンジンの研究開発を進めています。2004年にエンジン試作実験に着手し、2008年に世界で初めて離陸状態でのエンジンシステム実証実験に成功しました。
マッハ5で飛行すると、空気の流れを減速させるインテークの出口部分の温度は1,000℃にもなります。そこで、極超音速ターボジェットでは、燃料の液体水素が非常に冷たいという特徴を生かして、高温空気を燃料で冷却して、コアエンジンが耐えられる約300℃に冷却する方式を採用しています。この方式により、１つのエンジンで離陸からマッハ5まで連続作動させることが可能となっています。冷却によって空気の密度が大きくなるので、エンジンの推力が増大するという利点もあります。
極超音速ターボジェット
極超音速ターボジェットは以下の主要部品で構成されています。
- 可変インテーク：マッハ5の流入空気をマッハ1以下に減速するダクト
- 空気予冷器：高温空気を低温の液体水素で冷却する熱交換器
- コアエンジン：空気を圧縮して高圧のガスを生成するジェットエンジン
- アフターバーナー：高温燃焼ガスを生成する燃焼器と燃焼圧を調整する可変ノズル
現在は、極超音速ターボジェットの主要技術の確立を目指して、耐熱設計を適用した小型実証エンジンを完成させ、高温環境で耐熱機能を確認しています。今後は、マッハ5飛行状態を模擬できるラムジェットエンジン試験設備（JAXA角田宇宙センター新しいウインドウで開く）において極超音速ターボジェットの推進性能を取得していく予定です。
極超音速ターボジェット 地上燃焼実験
極超音速ターボジェット マッハ4模擬環境実験