この論文は,固体推進剤表面に平行に流れる高温燃焼生成ガスの速度が推進剤の前端からの距離に比例する場合について,固体推進剤の浸触燃焼をaerothermochemistryの境界層近似によって解析し,推進剤の燃焼速度に及ぼす高温気流の影響を調べたものである.まず反応性混合ガスに対する境界層方程式を,変数変換によって局所的相似の形に変換する.この変換された方程式群の中で,運動方程式と各ガス成分に対するgeneralized thermal enthalpyの式は,合理的な仮定のもとに近似すると,直ちに積分でき,解が求められる.よってエネルギ方程式が解かねばならない唯一の式となる.この方程式は温度について非線型2階常微分方程式である.しかし温度は境界層外側と推進剤表面において三つの境界条件をみたさなければならない.よって固有値方程式を解く必要があり,決定されなければならない唯一の量は推進剤の燃焼速度である.この解析においては,浸蝕燃焼を支配する唯一のパラメタは,推進剤表面に沿う高温ガス流の速度勾配であり,結局,この方程式を解くことによって,この速度勾配と燃焼速度との関係が求められる.解析の例題として,気相反応が1次反応の場合と2次反応の場合とについて,実際に数値計算を行なった.この結果によると,高温ガス流の速度勾配が小さくなると,固体推進剤の燃焼速度は,高温ガス流がない場合のnormalな燃焼速度に近づくこと,及び速度勾配が大きくなるにつれて,燃焼速度が増大することが確かめられ,推進剤表面に沿う高温ガス流が推進剤の燃焼速度に及ぼす影響を定量的に調べることができた.

The erosive burning of the solid propellant is analyzed by the boundary layer approximation in aerothermochemistry for the case where the velocity of the hot combustion gas stream outside the boundary layer increases linearly with the distance from the leading edge of the propellant, and the effects of the hot gas stream on the burning rate of the propellant are examined. The boundary layer equations for the reacting gaseous mixtures are formulated and the appropriate boundary conditions are specified. The equations are reduced to their "locally similar" form by the transformation of the variables. Under the reasonable assumptions, the momentum equations and the equations of the generalized thermal enthalpy of each species can be integrated immediately. These solutions are used to solve the energy equation which is the only governing equation to be solved. This energy equation is a non-linear second-order ordinary differential equation for the temperature. However, the temperature has to satisfy three boundary conditions at the edge of the boundary layer and at the surface of the propellant. Therefore, we have to solve an "eigenvalue" problem in which the only parameter to be determined is the burning rate of the propellant. Finally, by solving this equation, the relation between the velocity gradient of the hot gas stream and the burning rate can be obtained. As examples, the numerical calculations have been carried out for the case of the first-order chemical reaction and for the case of the second-order chemical reaction for the gaseous mixtures. The results show that as the velocity gradient of the hot gas stream becomes zero, the burning rate tends to the normal burning rate in the case without hot gas stream, and that the burning rate increases with the velocity gradient.

資料番号: SA4135038000