スクラムジェット内部流れ — 実践ガイドとベストプラクティス

以下のステップが標準的だ。

1. 非反応流計算: まず燃料噴射なしで空力場を確認。キャビティ内の再循環パターンと衝撃波構造を検証

2. 冷態混合計算: 燃料を非反応ガスとして噴射し、混合場を確認。混合効率 $\eta_{mix}$ を評価

3. 反応流計算: 化学反応モデルをオンにし、着火と火炎安定を確認

4. パラメトリック解析: 燃料噴射量（当量比）、噴射位置、キャビティ形状を変更して性能を最適化

燃料の混合効率は通常、断面平均の混合分率で評価する。

ここで $Y_f$ は燃料質量分率、$Y_f^{stoich}$ は量論混合比での燃料質量分率だ。下流に行くほど $\eta_{mix}$ が増加し、十分な距離で1に近づく。

複雑な流れ構造の全てを解像する必要があるから、格子点数は数千万以上になる。

非常に有効だ。反応帯（OH濃度が高い領域等）を検出して自動的に格子を細かくする。FluentのAMR機能やSTAR-CCM+のAdaptive Mesh Refinementが使える。これにより初期メッシュを1000万セルに抑えつつ、反応帯のみ3000万セル相当の解像度を実現できる。

主要な性能指標は以下だ。

• 燃焼効率: $\eta_{comb} = 1 - \frac{\dot{m}_{H_2,exit}}{\dot{m}_{H_2,inlet}}$（水素の場合）
• 推力: $F = \dot{m}_{exit} V_{exit} - \dot{m}_{inlet} V_{inlet} + (p_{exit} - p_{inlet}) A$
• 比推力: $I_{sp} = F / (\dot{m}_f g)$
• 全圧回復率: $p_{0,exit}/p_{0,inlet}$

水素スクラムジェットのIspは典型的に3000-4000秒で、ロケット（450秒）よりはるかに高い。

そう。酸化剤を搭載しなくていい分、比推力が桁違いに高い。ただし大気中でしか使えないという制約がある。