超高温気流中の物体の変形に伴う空力挙動と表面改質の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650176
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 川添 博光 鳥取大学, 工学部, 助教授 (40260591)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 佳朗 名古屋大学, 工学部, 教授 (80115609)
• Keywords: 高エンタルビ / 高温気流 / 空気力学 / 表面改質 / アークプラズマ

Research Abstract

本研究は極超音速輸送機やスペースプレーンの開発にとって鍵となる高温気流による熱負荷時の空気力学,および環境対策としての超高温気流による物体の表面改質に関する基礎データの蓄積にある.
平成10年度は高エンタルピー風洞の一種である二段隔膜・断面収縮型の衝撃風洞作動筒内における衝撃波,接触面,膨張波の挙動を数値計算と実験により解析した.そして作動筒を進行する接触面の変形に着目した.これは作動筒管端部からの反射衝撃波がこの接触面と干渉し再度反射することにより管端部に生じる高エンタルピー気体に影響を与えるためである.その結果,この接触面の変形は主に断面収縮部における衝撃波の湾曲に伴うリヒトマイヤー・メシュコフ不安定が原因であることが分かった.なお,作動筒がある程度長いと,この接触面の変形はその前方部が平坦化することが分かった.今後,この接触面と反射衝撃波の干渉現象を確かめる必要がある.
一方,衝撃風洞よりも気流持続時間が長く,高エンタルピー化が容易なアークプラズマ風洞の設計・製作を開始した.衝撃風洞の真空タンクを活用するもので,当初は単原子分子気体のアルゴンを作動ガスとする高温気流風洞である.本風洞は試運転の段階にあり,ガス流量,プラズマ化のための電圧,電流などの運転条件によって気流の状況が大きく変化するため,その特性を調査している.真鍮製の球頭円柱および円錐円柱の物体をこの流れの中に挿入し,物体周りの気流の状態や表面の変化を調べている.今後,分光分析を行い気流の温度や分子の励起状態などの詳細な調査が必要である.

Research Products

• [Publications] 川添博光, 桑本義己: "隔膜型衝撃風洞の作動筒内における流れ解析" 惑星探査への気体力学の先端的応用・次世代超音速旅客機成立のための空力基盤研究・分子流モデルによる圧縮流解析の基礎的研究合同シンポジウム発表論文集. 49-52 (1999)
• [Publications] 桑本義己, 川添博光: "衝撃風洞作動筒とノズル内の流れの数値解析" 第30回流体力学講演会講演集. 225-228 (1998)
• [Publications] 加古真也, 川添博光: "小型アークプラズマ風洞の製作" 日本機械学会中国四国支部第37期総会講演会講演論文集. No.995-1. 149-150 (1999)