高エンタルピー衝撃波層からの輻射熱伝達に関するスケール則の確立

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650051
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752)
• Keywords: 衝撃波 / 高エンタルピー / 輻射 / スケール則 / エネルギー緩和

Research Abstract

大気圏再突入の際に発生する高エンタルピー衝撃波層では、淀み点温度が一万度以上にまで高くなると、物体への輻射熱伝達の影響が大きくなる。本研究では、その輻射熱伝達に対する物体寸法の影響を調べ、流体力学的な見地から決まる衝撃波離脱距離と、高エンタルピー流中のエネルギー緩和の特性長を比較することによって、スケール則を得た。
輻射によるエネルギー放出が流体のエネルギー流束に比べて十分小さい場合、衝撃波離脱距離は、輻射の影響を受けないで、流体力学的な関係のみに支配される。粘性を無視すると、衝撃波離脱距離はオイラー方程式を解くことによって得られ、その解は代表長を持たない相似解となる。これに対して、エネルギー緩和の特性長は流れ場の状態量と流速で決まり、物体形状とは相似関係にはならない。
上流速度が、10km/s以下の領域では、輻射を支配するエネルギー緩和距離は、衝撃波直後の電子並進温度に支配され、物体寸法とはほぼ独立の関係となる。これに対して、10km/s以上の速度における輻射熱伝達は、固体壁近傍の高電子密度の領域からのものが支配的になるため、物体寸法の増加に伴って増加する。
以上の研究成果は、再突入飛行物体の設計指針として役立てることができる。

Research Products

• [Publications] A.Sasoh and T.Fujiwara: "Numerical study on radiative characteristics of hypersonic shock layers" Proc.of National Shock Wave Symposium. (掲載予定). (1994)
• [Publications] X.Chang,A.Sasoh,T.Murayama and T.Fujiwara: "Numerical study of Atom-Molecule Radiation Flowfield around a Hypersonic Blunt Body" Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences. 35. 177-186 (1993)
• [Publications] 張新宇,辺見真,佐宗章弘,藤原俊隆: "バリスティックレンジによる極超音速流実験(第1報)画像観測及びその処理" 日本航空宇宙学会誌. 41. 25-31 (1993)