再突入空力加熱に及ぼす強い衝撃波背後の流れの非平衡効果

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452305
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木原 尚 九州大学, 工学部, 助手 (60243911) ; 麻生 茂 九州大学, 工学部, 助教授 (40150495)
• Keywords: 再突入空気力学 / 空力加熱 / 極超音速流 / 衝撃波 / 非平衡流

Research Abstract

1.強い衝撃波の実験研究
初年度研究として、先ず強い衝撃波(ここでは衝撃波マッハ数15以上をいう)を生成できるピストン駆動衝撃波管の特性を調べた。ピストンの運動特性を解析的に調べ、実験結果と比較し、良好な一致を得た。これにより、ピストン駆動部の特性が明らかになった。つぎに測定部の2箇所に設けたピエゾ圧力ゲージを通過する衝撃波の時間を測定し、衝撃波マッハ数を得た。最大23の衝撃波マッハ数の生成が可能であることが判明し、再突入時の飛行マッハ数をシミュレーションできることが分かった。また衝撃波背後の高温気体からの発光が認められたので、現在スペクトル写真をとり、その波長の同定を進行させている。
2.ピストン駆動衝撃波管の波動特性の数値解析
上記の実験に対応して、強い衝撃波が衝撃波管で生成され、伝播する衝撃波挙動を数値計算によりシミュレーションを行った。
3.再突入モデルまわりの極超音速流の数値解析
高迎角で大気圏に突入する極超音速飛行体を双曲体で近似したモデルまわりに発生する強い衝撃波とその背後の非平衡流の数値解析を行った。VSL法(ViscousShock Layer 法)を用い、2温度モデル(並進、振動温度からなるモデル)に対して、空気化学を配慮した解析を進め、衝撃波と飛行体との間の粘性衝撃層の化学的・熱的非平衡流れ場の解明をした。解析結果より、表面熱流束、すなわち空力加熱を評価した。さらにこの空力加熱に及ぼす種々の因子効果を明らかにすることができた。さらに解析は3温度モデル(並進、振動、電子温度からなるモデル)へ発展させ、空力加熱に及ぼす温度モデルの効果を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Sakamura & Nishida: "Therwochemical Nonequilibrium Flow Analysis in Atomospheric Entry Conditions" Proc,Int,Symp,on Aerospace and Fluid Science. 149-155 (1993)
• [Publications] 西田迪雄: "大気圏突入 行体周りの流れ場と空力加熱の数値解析" 数値流体力学. 1. 29-53 (1993)
• [Publications] Lee & Nishida: "Computational Study on Shock Wave Propagation and Starting Process in a Shock Tunnel Nozzle" Proc.5th Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics. 120-125 (1993)
• [Publications] Nishida & Matsumura: "Numerical Simulation of a Superonic Free Jet Impingemeut Upom a Flat Plate" Proc,5th Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics. 363-368 (1993)