次世代垂直離着陸型再使用ロケットの着陸安全性に関する空気力学的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450376
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (10226508)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 綿貫 忠晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00182965)
• Keywords: 再使用型宇宙輸送システム / 垂直離着陸ロケット / 噴流 / 地面効果 / プラグノズル / 感圧塗料 / 数値流体力学

Research Abstract

次世代再使用宇宙輸送システムの有力候補である垂直離着陸型ロケットでは、着陸時にロケットエンジンを逆噴射し機体後尾から地面に垂直に軟着陸する。このとき噴流の地面効果で機体に下向き空気力が発生し、着陸時の安全性が損なわれる可能性がある。本研究は、下向き空気力の特性と発生メカニズムを実験および数値解析によって明らかにし、その解決法を与える事を目的としている。最終年度となる平成13年度は、1)噴射ノズルを持つ模型に天秤を装着し、正味推力(ノズル推力と機体にかかる空気力の和)を直接測定する、2)模型を低速風洞内に設置し、横風が正味推力に及ぼす影響について調べる、3)プラグノズルを持つ垂直着陸ロケット噴流の地面効果を感圧塗料を用いた圧力分布測定実験および数値計算により明らかにする、4)ロケットの運動と機体周りの流れを連成した数値解析を行う、の4点について研究を行った。
1)では、地面との距離が小さくなるに従い正味推力が減少し、ついには下向きの力となること、その原因はノズル推力の減少ではなく機体底面での圧力低下にあることが明らかにされた。2)では、横風の影響は主に正味推力に現れ、高高度で減少、低高度で増加となるが、その差は小さいことが明らかになった。3)では、プラグノズルの場合でも、低高度で機体底面に渦が形成され下向き空気力が発生すること、地面効果によりプラグ底面で圧力上昇が起こり下向き空気力を減少させる働きがあること、が明らかになった。4)では、機体が地面に近づき下向き底面空気力が卓越すると目標降下速度を維持できなくなり、機体は地面に向け加速してしまうことがわかった。そのため、下向き底面空気力の低減対策(12年度研究成果)をとるとともに、より洗練された機体制御則の開発が必要であることがわかった。以上をもって、本研究は終了とし成果のまとめを行った。

Research Products

• [Publications] 山田和彦, 藤松信義, 綿貫忠晴, 鈴木宏二郎: "垂直着陸するロケットの底面空気力に関する実験的研究"日本航空宇宙学会論文集. 50巻・577号. 41-47 (2002)