極超音速飛翔体周りに生ずる非平衡流中の炭化ケイ素アブレーションの挙動解明

• Project/Area Number: 18760604
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 舩津 賢人 Gunma University, 大学院・工学研究科, 助教 (50323332)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2007: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 航空宇宙工学 / 高速高温流体力学 / アブレーション / 分光計測 / 炭化ケイ素

Research Abstract

本研究課題では受動的熱防御材料として炭化ケイ素を選定し、熱化学的に極めて非平衡状態である高温度衝撃層プラズマにより発生する炭化ケイ素アブレーション物質の物理化学的な挙動を実験的・数値的に明らかにするとともに、高温度プラズマが熱防御材料に及ぼす熱的影響について探ることを目的とした。以下に主な得られた結果を示す。
1.炭化ケイ素材料の耐熱シールドとしての有効性を探るため、超小型極小プラズマジェット発生装置および空気プラズマフリージェット発生装置を用いたアブレーション試験を行った。(1)空気プラズマフリージェット発生装置を用いたアブレーション試験において、昨年度の成果である炭化ケイ素系材料の質量損失速度が炭素系材料の約1/6〜1/10であることが確認され、このような観点から炭化ケイ素系材料が有効なアブレーション材料であることがわかった。(2)高速度ビデオカメラを用いて撮影したアブレーション試験時の炭化ケイ素系材料の表面近傍の様子から、材料表面にはプラズマジェットの加熱によって生じた液状化物質が形成され、その詳細な観測によって、その液状化物質中に生ずる気泡の発現が繰り返されていることがわかった。(3)超小型極小プラズマジェット中の炭化ケイ素アブレーションの分光計測において、昨年度の成果を踏まえ、CCDカメラと狭帯域フィルターを併用した計測を行ったところ、試料上流においてSi原子線の空間的な拡がりが検出された。
2.極超音速流中の飛翔体周りに生ずる炭素アブレーションを伴う岐点流線上の衝撃層について、融合衝撃層理論に基づき解析し、アブレーション生成物質の熱流体力学的特性について明らかにした。また、高々度領域において、融合衝撃層理論に基づく解析とDSMC解析を比較した。

Research Products

• [Journal Article] Comparison of DSMC and Merged Shock-layer Analyses of the Flow around a Reentry Body at a High Altitude (2007)
  • Author(s): Funatsu, M., Shirai, H., and Obana, S.
  • Journal Title: Theoretical and Applied Mechanics Japan 56 Pages: 431-437
  • NAID: 130004463655
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高温空気プラジマ流中の炭化ケイ素系アブレーションの分光計測 (2007)
  • Author(s): 舩津 賢人, 伊東 一磨, 白井 紘行, 茂木 学, 高草木文雄
  • Journal Title: 平成18年度衝撃波シンポジウム講演論文集 Pages: 143-146
• [Journal Article] Multi-temperature Analysis of a Merged Shock-layer for Earth Reentry Capsule with Ablation Effects (2006)
  • Author(s): Funatsu, M., Shirai, H., Obana, S.
  • Journal Title: Theoretical and Applied Mechanics Japan 55 Pages: 263-270
  • NAID: 130004463607
• [Journal Article] Heat-resistance Experiments of SiC-based Ceramics in High-temperature Air Plasma-jets (2006)
  • Author(s): Funatsu, M., Ito, K., Shirai, H., Moteki, M., Takakusagi, F.
  • Journal Title: Proc.25th Int'l Sympo.Space Technology and Science (Selected Papers) Pages: 750-755
• [Journal Article] Radiative Properties of Strong Shock Waves with SiC-based Ablation Products (2006)
  • Author(s): Funatsu, M., Shirai, H.
  • Journal Title: Abs.5th Asian-Pacific Conf.Aerospace Technology and Science Pages: 63-64
• [Journal Article] Heat-resistance Experiments of SiC-based Materials in High-enthalpy Flows and Its Spectroscopic Measurements (2006)
  • Author(s): Funatsu, M., Ito, K., Moteki, M., Shirai, H., Takakusagi, F.
  • Journal Title: Abs.2nd Int'l Sympo.Development of SiC-based Functional Materials Pages: 23-23
• [Journal Article] 高温度プラズマ流中の炭化ケイ素系材料の耐熱特性 (2006)
  • Author(s): 舩津 賢人, 伊東 一磨, 茂木 学, 白井 紘行, 高草木文雄
  • Journal Title: 日本流体力学会年会2006講演要旨集 Pages: 1-2
• [Journal Article] 炭化ケイ素系材料のアブレーション現象の観測と分光測定 (2006)
  • Author(s): 伊東 一磨, 舩津 賢人, 白井 紘行, 茂木 学, 高草木 文雄
  • Journal Title: 第38回流体力学講演会講演集 Pages: 211-214
• [Journal Article] 炭素系アブレーションを伴う融合衝撃層の多温度解析 (2006)
  • Author(s): 小花 慎吾, 舩津 賢人, 白井 紘行
  • Journal Title: 第84期日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集 Pages: 220-220
• [Journal Article] 群馬大学連携融合事業 (2):高温プラジマ流中における炭化ケイ素系材料の耐熱試験とその分光計測 (2006)
  • Author(s): 舩津 賢人, 伊東 一磨, 茂木 学, 白井 紘行, 高草木 文雄
  • Journal Title: 第11回ケイ素化学協会シンポジウム要旨集 Pages: 142-142
• [Presentation] 空気プラズマジェットを用いた炭化ケイ素系材料の耐熱試験 (2008)
  • Author(s): 茂木 学, 島田 憲吾, 舩津 賢人, 白井 紘行, 高草木 文雄
  • Organizer: 平成19年度衝撃波シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • Year and Date: 2008-03-18
• [Presentation] Heat-resistance Experiments of SiC-based Materials in High-enthalpy Flows and Its Radiation Measurements (2007)
  • Author(s): Funatsu, M., Moteki, M., Shirai, H., Shimada, K., and Takakusagi, F.,
  • Organizer: 3rd Int'l Sympo. Development of SiC-based Functional Materials
  • Place of Presentation: Kiryu, Japan
  • Year and Date: 2007-11-30
• [Presentation] 高速空気プラズマ流中の炭素ケイ素系アブレーションの分光計測 (2007)
  • Author(s): 舩津 賢人, 茂木 学, 白井 紘行, 高草木 文雄
  • Organizer: 第85期日本機械学会流体工学部門講演会
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2007-11-17
• [Presentation] Experimental Study of SiC-based Ablation Products in High-temperature Plasma-jets (2007)
  • Author(s): Funatsu, M. and Shirai, H.
  • Organizer: 26th Int'l Sympo. Shock Waves
  • Place of Presentation: Gottingen, Germany
  • Year and Date: 2007-07-16