Modeling of parachute opening process by wind tunnel test and structural coupled fluid analysis

Research Project

Project/Area Number	22K04544
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research Institution	Japan Aerospace EXploration Agency
Principal Investigator	高柳大樹国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (70513422)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	パラシュート / 構造連成解析 / 大気圏突入技術 / 高速流体技術 / 柔軟構造 / 惑星探査
Outline of Research at the Start	地球往還機や惑星探査機のような大気突入機の減速装置としてパラシュートは高い占有率を占めており、可能な限りコンパクトに設計することが求められる。しかしながらこれまでパラシュートは開傘過程において事前の強度や空力性能の予測精度が悪く、大きな安全率を設定して開発されている。そこで本研究では、風洞において計測するパラシュートの３次元形状と、パラシュート繊維材料と周囲の流れ場を考慮したシミュレーション結果を比較することでパラシュート開傘過程の高精度モデル化を実現する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究においては地球往還機や惑星探査機において大気突入機の減速機構として広く用いられているパラシュートの開傘過程の詳細なモデル化を目指して研究を進めている。これらの大気突入機では質量とともに容積が限られるが、パラシュートは高い占有率を閉めており、開傘過程の詳細なモデル化を達成することで事前の強度や空力性能の予測精度の向上、安全率の適切な設定を獲得することを目的としている。2022年度は風洞実験において繰り返し使用可能なパラシュート放出機構の開発とパラシュート開傘過程を観察するための小型高速カメラを導入・動作確認を行った．パラシュート放出機構としては空気式と非火薬式の2種類の試作品を製作し、動作確認を行った。空気式パラシュート放出機構においては空気貯気槽の高圧化を図るためにシェアピンを導入したが、ある一定の圧力までは高圧化に成功したが、さらなる高圧化には放出機構全体の構造強度を強化する必要があり，風洞試験モデルのサイズ内で達成することは困難であることがわかった。一方で、非火薬式パラシュート放出機構は非火薬の装薬を選ぶことで容易に高速放出を可能にできることがわかったため、今後はこちらを採用することに決定した。また上記パラシュート放出試験を実施する際に小型高速カメラによるパラシュート放出過程の連続画像撮影に成功したが，詳細な開傘過程の画像取得にはさらなる光学系の最適化が必要であることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度は風洞実験において繰り返し使用可能なパラシュート放出機構の開発とパラシュート開傘過程を観察するための小型高速カメラを導入・動作確認を行った．パラシュート放出機構として申請時は空気式のみを検討していたが、装薬の選定により取り扱いが容易な非火薬式を使用可能なことがわかったため、2種類の試作品を製作し、動作確認を行った。空気式パラシュート放出機構においては空気貯気槽の高圧化を図るためにシェアピンを導入したが、ある一定の圧力までは高圧化に成功したが、さらなる高圧化には放出機構全体の構造強度を強化する必要があり，風洞試験モデルのサイズ内で達成することは困難であることがわかった。一方で、非火薬式パラシュート放出機構は非火薬の装薬を選ぶことで容易に高速放出を可能にできることがわかったため、今後はこちらを採用することに決定した。また上記パラシュート放出試験を実施する際に小型高速カメラによるパラシュート放出過程の連続画像撮影に成功したが，詳細な開傘過程の画像取得にはさらなる光学系の最適化が必要であることが分かった。
Strategy for Future Research Activity	2023年度は低速風洞における小型高速カメラによるパラシュート開傘過程を適切に取得するための光学系設計に取り組むとともに、小型高速カメラをもう１台導入し、カメラ２台による同時撮影によるステレオ法構築に取り組む。パラシュート放出機構としては、2022年度に非火薬のパラシュート放出機構に目途が立ったため、これを用いて繰り返し放出試験を実施する。その際、一般的な傘布に加え、極端に空気透過度の低い傘布と伸縮性の異なる傘布の計3種類のパラシュート供試体を用いてパラシュート放出試験を実施することでパラシュート開傘過程への空気透過度および伸縮性の影響を評価する。