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Progress of nonequilibrium models toward the realization of highly reliable prediction of superorbital velocity flow fields

Research Project

Project/Area Number 19K04842
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research InstitutionKochi University of Technology

Principal Investigator

OGINO Yousuke  高知工科大学, システム工学群, 講師 (90586463)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Keywords衝突輻射モデル / 高エンタルピー流の数値計算 / 原子・分子過程 / 輻射熱輸送 / 分光計測 / 熱化学非平衡流 / 極超音速流
Outline of Research at the Start

大気圏突入時に宇宙機が経験する過酷な空力・輻射加熱環境における熱化学非平衡性や輻射熱輸送の物理モデル化に関して本研究では, 実現象により即した, 従来法の代替となり得る新たな非平衡モデルを創設・提案することを目的とする. まず, 既存の非平衡モデルで簡略化されてきた流体内部における量子力学的状態ごとの質量保存則を圧縮性 Navier-Stokes 方程式と連立し, さらに輻射熱輸送方程式と結合させる. 次いで, 構築した数値計算コードと超軌道速度風洞試験結果を連携することで, 近未来の惑星探査において必須となる強力な解析手法の確立を目指す.

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop and suggest a new analysis model based on actual physical processes that can be an alternative to conventional ones regarding thermochemical nonequilibrium and radiative heat transfer in the sever aerodynamic and radiative heating environments experienced by spacecraft during atmospheric entry. A numerical analysis of the arc heating wind tunnel airflow was performed, and the radiation spectra incident on the wall surface of test model was compared and verified with measurements. It was confirmed that the accuracy superior to the conventional model could be obtained. The numerical results have been summarized and presented at international and domestic conferences held online.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙空間から地球大気圏へ突入するカプセル宇宙機が溶融することなく地上まで帰還するためには、厳重な熱防護設計が不可欠となる。突入時の安全対策に万全を期すため、カプセル前面に熱防護材が装備されるが、これは非常に重い。高重量な熱防護材の重さを軽減できれば、ロケット打ち上げ時に搭載する実験機材や人員を増やすことにも繋がり、将来の宇宙探査の可能性をさらに広げる。本研究では、カプセルまわりの過酷な加熱環境と、壁面入射する強烈な熱負荷を高精度に予測できる次世代の数値解析手法を構築提案した。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] 励起非平衡計算による大気圏突入流れの再現2022

    • Author(s)
      浅井友彰, 荻野要介
    • Organizer
      日本機械学会中国四国支部 第52回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高エンタルピー流における原子・分子の遷移反応速度係数と輻射輸送計算2021

    • Author(s)
      荻野要介, 砂辺一行, 安部翔太
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 極超音速輻射流れ場の励起非平衡計算と分光スペクトル2021

    • Author(s)
      荻野要介, 砂辺一行, 安部翔太
    • Organizer
      2020年度 衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 極超音速流れの新たな非平衡モデル構築へ向けた発光スペクトル同定2021

    • Author(s)
      安部翔太, 荻野要介
    • Organizer
      日本機械学会中国四国支部 第51回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Numerical Analysis of Flow and Radiative Transfer with Excitation Nonequilibrium in an Arc-jet Facility2021

    • Author(s)
      砂辺一行, 荻野要介, 酒井武治
    • Organizer
      AIAA SciTech 2021 Forum
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 衝突輻射モデルによるアーク加熱風洞内の流体計算と輻射輸送解析2020

    • Author(s)
      砂辺一行, 荻野要介, 酒井武治
    • Organizer
      日本流体力学会年会 2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 超音速飛翔体まわりの非平衡流体シミュレーション2019

    • Author(s)
      荻野要介, 大西直文
    • Organizer
      第23回 日本流体力学会中四国・九州支部講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] アーク風洞気流計算と輻射輸送解析による淀み域加熱率の数値評価2019

    • Author(s)
      砂辺一行, 荻野要介
    • Organizer
      第51回 流体力学講演会 / 第37回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 電子励起非平衡性を考慮した高エンタルピー流れ場の数値計算2019

    • Author(s)
      荻野要介, 砂辺一行, 大西直文
    • Organizer
      日本流体力学会年会 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] アーク加熱風洞の電子励起非平衡計算による淀み点輻射加熱率評価2019

    • Author(s)
      砂辺一行, 荻野要介
    • Organizer
      日本流体力学会年会 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 電子励起非平衡輻射計算によるアーク風洞内淀み点の加熱率評価2019

    • Author(s)
      砂辺一行, 荻野要介, 酒井武治
    • Organizer
      第33回 数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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