GotodaLab

Pictured by Ren Sato (2025)
Swirl-stabilized turbulent combustor
Ryo Iseki et al. J. Fluid Mech. 2024

燃焼振動の時空間ダイナミクスと形成機構の解明, 予兆検知法の構築

　産業用ガスタービン, 航空機エンジンやロケットエンジンでは, 強い圧力変動によって燃焼室の壁面に亀裂が発生するだけでなく, 燃焼室壁面への熱負荷が燃料/酸化剤の噴射器壁面の溶損を引き起こすことがある. 本研究テーマは, 燃焼振動の時空間ダイナミクスと形成機構, 予兆検知法の構築を目指したものである.

旋回乱流燃焼器内に形成される燃焼振動

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[参考文献]

  • Shogo Murayama, Hikaru Kinugawa, Isao T. Tokuda, Hiroshi Gotoda, "Characterization and detection of thermoacoustic combustion oscillations based on statistical complexity and complex-network theory," Physical Review E, vol. 97, 022223, 2018.
  • Shogo Murayama and Hiroshi Gotoda, "Attenuation behavior of thermoacoustic combustion instability analyzed by complex-network- and synchronization-based approach," Physical Review E, vol. 99, 052222, 2019.
  • Yosuke Mori, Sena Kishiya, Takuya Kurosaka, Hiroshi Gotoda, "Feedback coupling and early detection of thermoacoustic combustion instability," Physical Review Applied, vol. 19, 034097, 2023.

    • 航空機エンジン用予混合二段燃焼器内に形成される燃焼振動

    　共同研究先: 宇宙航空研究開発機構航空技術部門推進技術研究ユニット(2023年度までの実施)

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    [参考文献]

  • Yuhei Shinchi, Naohiro Takeda, Hiroshi Gotoda, Takeshi Shoji, Seiji Yoshida, "Early detection of thermoacoustic combustion oscillations in a staged multi-sector combustor," AIAA Journal, vol. 59, 4086, 2021.
  • Kento Baba, Sena Kishiya, Hiroshi Gotoda, Takeshi Shoji, Seiji Yoshida, "Early detection of thermoacoustic instability in a staged single-sector combustor for aircraft engines using symbolic dynamics-based approach," Chaos, vol. 33, 073101, 2023.

    • ロケットエンジン用サブスケール燃焼器内に形成される高周波燃焼振動

    燃料/酸化剤噴射器を偏心配置させた円筒燃焼器内に形成される高周波燃焼振動

    　共同研究先: 宇宙航空研究開発機構航空技術部門推進技術研究ユニット(2023年度までの実施), 数値解析技術研究ユニット (2022年度までの実施)

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    [参考文献]

  • Tatsuya Hashimoto, Hajime Shibuya, Hiroshi Gotoda, Yuya Ohmichi, Shingo Matsuyama, "Spatiotemporal dynamics and early detection of thermoacoustic combustion instability in a model rocket combustor," Physical Review E, vol. 99, 032208, 2019.
  • Chinami Aoki, Hiroshi Gotoda, Seiji Yoshida, Shigeru Tachibana, "Dynamic behavior of intermittent combustion oscillations in a model rocket engine combustor," Journal of Applied Physics, vol. 127, 224903, 2020.
  • Kazuki Kawano, Hiroshi Gotoda, Yusuke Nabae, Yuya Ohmichi, Shingo Matsuyama, "Complex-network analysis of high-frequency combustion instability in a model single-element rocket engine combustor," Journal of Fluid Mechanics, vol. 959, A1, 2023.
  • Riko Ueta, Hiroshi Gotoda, Hirotaka Okamoto, Kazuki Kawano, Takeshi Shoji, Seiji Yoshida, "Interaction of acoustic pressure and heat release rate fluctuations in a model subscale rocket engine combustor," Physical Review E, vol. 110, 014202, 2024.

    • 液体ロケットエンジン用単一エレメント燃焼器における高周波燃焼振動

    共同研究先: 宇宙航空研究開発機構 第3研究ユニット, 京都大学(2024年度より共同研究を実施)

    [参考文献]

  • 小檜山琉真，芳賀臣紀，後藤田浩，難波江佑介，黒瀬良一，液体ロケットエンジン用単一エレメント燃焼器における高周波燃焼振動の保持機構，第62回日本伝熱シンポジウム，2025年5月．
  • 勢〆崇弘，芳賀臣紀，後藤田浩，難波江佑介，黒瀬良一，液体ロケットエンジン用シングルエレメント燃焼器における高周波燃焼振動のダイナミクスと駆動機構，第63回燃焼シンポジウム，2025年11月．

    • 宇宙機エンジン用二液式スラスタの異常着火に関する研究

    　ニ液式スラスタは, 静止衛星や探査機の姿勢制御などに広く用いられるが，スラスタの始動時にハードスタートと呼ばれる着火衝撃を伴う燃焼が起きる場合がある. 本研究テーマは，ニ液式スラスタの始動時におけるハードスタートの予兆検知を試みようとするものである.

    共同研究先: 宇宙航空研究開発機構, 筑波大学, 京都大学 (2025年度より共同研究を開始)

    [参考文献]

  • 佐藤 廉, 後藤田 浩, 富永 晃司, 林 潤, 大門 優, 二液式スラスタ始動時における着火衝撃の検知, 第69回宇宙科学技術連合講演会, 日本航空宇宙学会, 2025年11月.

    • 抵抗低減および伝熱促進を目指した流れの制御手法の開発

    乱流中の摩擦抵抗は同じレイノルズ数の層流と比較して劇的に大きくなるため，様々な高速輸送機器や産業機器において大きなエネルギー損失の要因となっています．本研究では，摩擦抵抗低減や伝熱促進を可能とする乱流制御手法に関する理論的・数値的な研究を行っています．さらに，記号力学や情報理論等の観点から乱流現象の新たな理解を試みる研究も行っています．

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    [参考文献]

  • Ryo Iseki, Hiroshi Gotoda, and Yusuke Nabae, "Ordinal pattern-based analysis of an opposition controlled turbulent channel flow," Journal of Fluid Mechanics vol. 1000, A43 (2024).
  • Yusuke Nabae, Kazuhiro Inagaki, Hiromichi Kobayashi, Hiroshi Gotoda, and Koji Fukagata, "Large-eddy simulation of high-Reynolds-number turbulent channel flow controlled using streamwise traveling wave-like wall deformation for drag reduction," Journal of Fluid Mechanics vol. 1003, A2 (2025).

    • 航空用ガスタービン内に発生する翼列フラッタの予兆検知

    　航空機の推進効率と燃費効率の向上において, 高バイパス比化は重要であるが，タービン部の軽量化が翼剛性を低下させ，空力弾性不安定によるフラッタの発生が懸念される.フラッタの発生はエンジンの大きな振動や回転翼を含む部品の損傷だけでなく，燃焼器からの逆流によるエンジン火災などを引き起こし，航空機の重大な事故に繋がることがある. 本研究テーマは, 航空機エンジン用低圧タービンで発生する翼列フラッタの予兆検知法の構築を目指したものである.

    共同研究先: 宇宙航空研究開発機構航空技術部門 aFJRプロジェクト(2021年度までの実施)

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    [参考文献]

  • Takayoshi Hachijo, Hiroshi Gotoda, Toshio Nishizawa, Junichi Kazawa, "Early detection of cascade flutter in a model aircraft turbine using a methodology combining complex networks and synchronization, and machine learning," Physical Review Applied, vol. 14, 014093, 2020.
  • Takayoshi Hachijo, Hiroshi Gotoda, Toshio Nishizawa, Junichi Kazawa, "Experimental study on early detection of cascade flutter in turbo jet fans using combined methodology of symbolic dynamics, dynamical systems theory, and machine learning," Journal of Applied Physics, vol. 127, 234901, 2020.
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