高エンタルピー風洞流れの特性解明の為の分子論的解析手法の研究

• Project/Area Number: 09751001
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Muroran Institute of Technology (1998); Tohoku University (1997)
• Principal Investigator: 溝端 一秀 室蘭工業大学, 工学部, 講師 (00271875)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1998: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1997: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 極超音速 / 風洞流れ / 分子振動 / 分子回転 / 分子衝突解析 / 分子動力学解析 / 高エンタルピー / マスター方程式

Research Abstract

宇宙往還機の設計のためには、高エンタルピー風洞を用いて極超音速飛行環境における空力特性及び空力加熱率を見積もることが必要である。そのためには、高エンタルピ風洞流れの物理化学的メカニズムを解明することが欠かせない。本研究は、このような物理化学的メカニズムを解明するための理論的解析手法を非経験的・分子論的立場から構築することを目的としている。
昨年度までの研究においては、高エンタルピ風洞流れに代表される極超音速流において卓越する分子振動・回転緩和の特性について古典的分子衝突解析を行った結果、分子衝突を古典的に扱うだけでは不充分であり量子論的扱いが必要である、ということが確かめられていた。そこで今年度は、量子論的分子衝突解析のための計算コードを試作し、振動遷移速度推算への適用を試みた。また,高エンタルピー風洞流れにおける分子振動緩和の凍結現象を避けるために米国で検討されている超高圧運転方式の妥当性を検証する事を目指して、超高圧状態の空気の分子振動緩和過程を解析するための分子動力学コードを試作し、試計算を行った。
いずれの解析においても、その解は、多原子系ポテンシャル関数の構成法に敏感に依存する事が確かめられ、分子振動・回転の解析の為の量子力学的分子衝突解析および分子動力学解析に適合したポテンシャル関数の構成法を確立することが、今後の課題として提示された。 これら計算コードの試作および試計算は、本補助金によって部品を購入し組み立てられた電子計算機において実施された。本研究の成果の一部は、流体力学講演会(平成10年9月,於岡山)及び衝撃波シンポジウム(平成11年3月、於東京)において発表された。また、近い将来、日本航空宇宙学会論文誌や米国航空宇宙学会論文誌等に発表する事を計画している。