2000 Fiscal Year Annual Research Report

解離反応を伴う空力加熱場の乱流熱伝達モデルの研究

Research Project

Project/Area Number	11450377
Research Institution	KYUSHU UNIVERSITY
Principal Investigator	麻生茂九州大学, 工学研究院, 教授 (40150495)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	利光和彦九州大学, 工学研究院, 助手 (10180150) 木原尚九州大学, 工学研究院, 助手 (60243911) 西田迪雄九州大学, 工学研究院, 教授 (10025968)
Keywords	解離反応 / イクスパンションツーブ / 高エンタルピー流 / 超軌道速度 / 双曲線軌道 / 空力加熱 / サンプルリターン / 突入体
Research Abstract	スペースプレーンや宇宙往還飛行体のその設計にあたっては、地球大気への突入時における飛行体へ加わる空力加熱量を正確に見積る必要がある。しかしながら、その熱流束の正確な予測は乱流熱伝達モデルの欠如により困難である。本研究の目的は、このような研究の背景をふまえて、高温効果を伴う乱流熱伝達モデルを構築するために必要とされる研究を行うことであった。この目的を遂行するために、下記のような研究を行った。第1に、フリーピストン衝撃風洞を製作した。フリーピストンによる圧縮管の管端では250気圧から500気圧までの高圧を発生することに成功した。さらに、圧縮管の動作特性の把握、その圧縮を受けての強い衝撃波の発生に成功した。最高衝撃波マッハ数は34.5となった。第2に、フリーピストン衝撃風洞は非常に高温高圧の気流が得られる反面、気流持続時間が極端に短いことが知られているので、風洞の始動過程について数値計算を行い、風洞が始動する条件を明らかにした。第3に、化学的非平衡現象を伴う衝撃波による非定常空力加熱現象について数値計算を行い、高温化学反応の衝撃波誘起空力加熱現象に及ぼす影響について新しい知見を得た。第4に、高速流中にある物体上に発達した境界層上に衝撃波が入射して生じる衝撃波-境界層干渉における空力加熱現象を化学的非平衡を考慮して数値計算を行った。その結果、壁面の触媒性により空力加熱率が著しく違うこと、非平衡性が増すにつれて剥離域の大きさ、熱流束と圧力の関係が異なるなどの知見を得た。第5に、乱流モデルの構築を目的として、極超音速混合流、極超音速飛行体ボートテイル形状、conventional nozzleの高温流動について数値流体力学による研究を行った。また、高温効果を伴う流れの乱流モデルについて考察を行った。第6に、極超音速気流における逆噴射ジェットによる空力加熱低減の実験を行い、乱流計算と比較検討した。以上、本研究課題は当初計画していた内容をほぼ達成できた。

Research Products
(33 results)

All Other

All Publications (33 results)

[Publications] S.ASO,Y.YAMANE,S.KAWANO,K.UMII,Y.ANDO and K.SAKATA: "Experimental and Computational Studies on Supersonic Helium Mixing with Swept Ramp Injector"Proc.of XIV ISABE(IS-148), held at Falorence, Italy, September,1999. ページなし. (1999)
[Publications] Akira MATSUMOTO and Shigeru ASO: "A Study on Shock Wave/Boundary Layer Interaction Phenomena with Chemically Nonequilibrium"Proc.of JSASS 13th Int.Sessions of 37th AIRCRAFT SYMPOSIUM, held at Tokyo, Oct.,1999. 647-650 (1999)
[Publications] Shigeru ASO: "Experimental and Computational Studies on Aerodynamic Heating Phenomena for High Speed Flight"Proc.of the 4th International Joint Symposium between Kyushu University and Chungnam National University, held at Kyushu University, JAPAN, Octgober,1999. ページなし. (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "斜面による強い衝撃波の反射過程の数値計算"九州大学工学部集報. 72・6. 687-694 (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂: "解離反応を伴う衝撃波-境界層干渉における実在気体効果"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,分子モデルによる圧縮流解析の基礎研究合同シンポジウム. ページなし. (1999)
[Publications] 麻生茂,黒滝卓司,黒崎隆二郎: "フィルムクーリングによる空力加熱制御"日本航空宇宙学会30周年記念講演会. 71-74 (1999)
[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "プラグノズル周りの流れ解析"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム'99. 393-398 (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "実在気体効果を伴う流れの検証数値実験-強い衝撃波の反射"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム'99. 387-392 (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "解離反応を含む強い衝撃波反射の実験と数値計算"日本流体力学会年会講演会講演集. 109-110 (1999)
[Publications] 河野慎吾,麻生茂: "新しい噴射方式による超音速混合効率の向上について"日本流体力学会年会講演会講演集. 111-112 (1999)
[Publications] S.ASO,Y.YAMANE,S.KAWAMO,K.UMII,Y.ANDO and K.SAKATA: "Experimental and Computational Studies on Supersonic Helium Mixing with Swept Ramp Injector"Proc.of XIV ISABE(IS-148),held at Florence, Italy. ページなし. (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂: "衝撃波-境界層干渉場における非平衡性の影響"第31回流体力学講演会講演集. 13-16 (1999)
[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "強い衝撃波の実験と数値検証実験"第31回流体力学講演会講演集. 253-256 (1999)
[Publications] 河野慎吾,麻生茂,アリフ・ヌル・ハキム: "超音速混合における混合効率に対する一考察"第31回流体力学講演会講演集. 297-300 (1999)
[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "Baldwin-Lomaxモデルを用いたプラグノズル周りの流れ解析"第31回流体力学講演会講演集. 197-200 (1999)
[Publications] Akira MATSUMOTO and Shigeru ASO: "A Study on Shock Wave/Boundary Layer Interaction Phenomena with Chemically Nonequilibrium"JSASS 13th Int.Sessions of 37th AIRCRAFT SYMPOSIUM, held at Tokyo, Oct.,1999. 647-650 (1999)
[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "プラグノズルボートテイル形状周りの流れ解析"第13回数値流体シンポジウム. ページなし. (1999)
[Publications] Shingo Kawano,Shigeru Aso and Minoru Orino: "A Study of a New Injection for Improvement Supersonic Mixing"AIAA Paper 2000-0089. ページなし. (2000)
[Publications] Akira Matsumoto and Shigeru Aso: "New Code Validation Experiments and Numerical Simulations of High Enthalpy Flows with Nonequilibrium"AIAA Paper 2000-0214. ページなし. (2000)
[Publications] K.Sugimoto,S.Aso,S.,S.Kuchiishi,T.Murooka and N.Tanatsugu: "Flow Analysis of Plug Nozzle Boat-Tail Configuration for Aerodynamic Drag Reduction"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)
[Publications] Y.Yamane,Y.Ando,S.Aso,S.Kawano and K.Umii: "Experimental and Numerical Studies to Enhance the Mixing by Injecting an Oblique Shock into the Flow Field Y.Yamane,Y.Ando,S.Aso,S.Kawano and K.Umii"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)
[Publications] A.Matsumoto and S.Aso: "Numerical Simulation of Shock-Wave/Boundary Layer Interation with Chemical Nonequilibrium,"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)
[Publications] S.Aso,A.Matsumoto,Y.Suzuki,T.Morioka and H.Honma: "Numerical Simulation of Strong Shock Wave Reflection by a Ramp with Chemical and Thermal Nonequilibrium"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)
[Publications] 河野慎吾,麻生茂,折野稔: "超音速混合における混合効率に関する一考察"九州大学工学部集報. 73・3. 237-242 (2000)
[Publications] 溝口誠,深見知也,麻生茂,利光和彦: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性に関する研究"九州大学工学集報. 73・5. 593-598 (2000)
[Publications] 麻生茂,松本彰,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "熱化学非平衡流れの衝撃波反射"第9回理論応用力学講演会講演集. 249-250 (2000)
[Publications] 麻生茂: "再利用型宇宙往還機に向けて"日本航空宇宙学会第31期年会講演会講演集. 86-89 (2000)
[Publications] Kouichi Sugimoto and Shigeru Aso: "Numerical Simulations of Flow Field around Plug Nozzle for Various Flight Conditions"Proceedings of 22nd International Symposium on Space Technology and Science, held at Morioka, Japan, on May 28-June 4,2000,ists-2000-e-11. 919-923 (2000)
[Publications] 麻生茂: "完全再使用型宇宙住還機開発におけるCFDへの期待"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2000. ージなし. (2000)
[Publications] A.Matsumoto and S.Aso: "Nonequilibrium Effects on Shock Wave/Boundary Layer Interaction in High Enthalpy Flow"1st Inernational Conference on Computational Fluid Dynamics (held at Kyoto, Japan). ページなし. (2000)
[Publications] 杉本浩一,麻生茂: "エアロスパイクノズル回りの流れ解析"日本流体力学会年会講演集. ペーシなし. (2000)
[Publications] 溝口誠,深見知也,林健太郎,利光和彦,麻生茂: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性について"第32回流体力学講演会講演集. 67-70 (2000)
[Publications] 麻生茂: "完全再使用宇宙往還機の空力加熱"第44回宇宙科学連合講演会. 67-71 (2000)

2000 Fiscal Year Annual Research Report

解離反応を伴う空力加熱場の乱流熱伝達モデルの研究

Principal Investigator

麻生 茂 九州大学, 工学研究院, 教授 (40150495)

Research Products

[Publications] S.ASO,Y.YAMANE,S.KAWANO,K.UMII,Y.ANDO and K.SAKATA: "Experimental and Computational Studies on Supersonic Helium Mixing with Swept Ramp Injector"Proc.of XIV ISABE(IS-148), held at Falorence, Italy, September,1999. ページなし. (1999)

[Publications] Akira MATSUMOTO and Shigeru ASO: "A Study on Shock Wave/Boundary Layer Interaction Phenomena with Chemically Nonequilibrium"Proc.of JSASS 13th Int.Sessions of 37th AIRCRAFT SYMPOSIUM, held at Tokyo, Oct.,1999. 647-650 (1999)

[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "斜面による強い衝撃波の反射過程の数値計算"九州大学工学部集報. 72・6. 687-694 (1999)

[Publications] 麻生茂,黒滝卓司,黒崎隆二郎: "フィルムクーリングによる空力加熱制御"日本航空宇宙学会30周年記念講演会. 71-74 (1999)

[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "プラグノズル周りの流れ解析"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム'99. 393-398 (1999)

[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "実在気体効果を伴う流れの検証数値実験-強い衝撃波の反射"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム'99. 387-392 (1999)

[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "解離反応を含む強い衝撃波反射の実験と数値計算"日本流体力学会年会講演会講演集. 109-110 (1999)

[Publications] 河野慎吾,麻生茂: "新しい噴射方式による超音速混合効率の向上について"日本流体力学会年会講演会講演集. 111-112 (1999)

[Publications] S.ASO,Y.YAMANE,S.KAWAMO,K.UMII,Y.ANDO and K.SAKATA: "Experimental and Computational Studies on Supersonic Helium Mixing with Swept Ramp Injector"Proc.of XIV ISABE(IS-148),held at Florence, Italy. ページなし. (1999)

[Publications] 松本彰,麻生茂: "衝撃波-境界層干渉場における非平衡性の影響"第31回流体力学講演会講演集. 13-16 (1999)

[Publications] 松本彰,麻生茂,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "強い衝撃波の実験と数値検証実験"第31回流体力学講演会講演集. 253-256 (1999)

[Publications] 河野慎吾,麻生茂,アリフ・ヌル・ハキム: "超音速混合における混合効率に対する一考察"第31回流体力学講演会講演集. 297-300 (1999)

[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "Baldwin-Lomaxモデルを用いたプラグノズル周りの流れ解析"第31回流体力学講演会講演集. 197-200 (1999)

[Publications] Akira MATSUMOTO and Shigeru ASO: "A Study on Shock Wave/Boundary Layer Interaction Phenomena with Chemically Nonequilibrium"JSASS 13th Int.Sessions of 37th AIRCRAFT SYMPOSIUM, held at Tokyo, Oct.,1999. 647-650 (1999)

[Publications] 杉本浩一,麻生茂,棚次亘弘,室岡武: "プラグノズルボートテイル形状周りの流れ解析"第13回数値流体シンポジウム. ページなし. (1999)

[Publications] Shingo Kawano,Shigeru Aso and Minoru Orino: "A Study of a New Injection for Improvement Supersonic Mixing"AIAA Paper 2000-0089. ページなし. (2000)

[Publications] Akira Matsumoto and Shigeru Aso: "New Code Validation Experiments and Numerical Simulations of High Enthalpy Flows with Nonequilibrium"AIAA Paper 2000-0214. ページなし. (2000)

[Publications] K.Sugimoto,S.Aso,S.,S.Kuchiishi,T.Murooka and N.Tanatsugu: "Flow Analysis of Plug Nozzle Boat-Tail Configuration for Aerodynamic Drag Reduction"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)

[Publications] A.Matsumoto and S.Aso: "Numerical Simulation of Shock-Wave/Boundary Layer Interation with Chemical Nonequilibrium,"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)

[Publications] S.Aso,A.Matsumoto,Y.Suzuki,T.Morioka and H.Honma: "Numerical Simulation of Strong Shock Wave Reflection by a Ramp with Chemical and Thermal Nonequilibrium"Proc.22nd.International Symposium on Shock Waves, Held at London, United Kingdom, at July 18-23,1999. ページなし. (2000)

[Publications] 河野慎吾,麻生茂,折野稔: "超音速混合における混合効率に関する一考察"九州大学工学部集報. 73・3. 237-242 (2000)

[Publications] 溝口誠,深見知也,麻生茂,利光和彦: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性に関する研究"九州大学工学集報. 73・5. 593-598 (2000)

[Publications] 麻生茂,松本彰,鈴木保夫,森岡敏博,本間弘樹: "熱化学非平衡流れの衝撃波反射"第9回理論応用力学講演会講演集. 249-250 (2000)

[Publications] 麻生茂: "再利用型宇宙往還機に向けて"日本航空宇宙学会第31期年会講演会講演集. 86-89 (2000)

[Publications] Kouichi Sugimoto and Shigeru Aso: "Numerical Simulations of Flow Field around Plug Nozzle for Various Flight Conditions"Proceedings of 22nd International Symposium on Space Technology and Science, held at Morioka, Japan, on May 28-June 4,2000,ists-2000-e-11. 919-923 (2000)

[Publications] 麻生茂: "完全再使用型宇宙住還機開発におけるCFDへの期待"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2000. ージなし. (2000)

[Publications] A.Matsumoto and S.Aso: "Nonequilibrium Effects on Shock Wave/Boundary Layer Interaction in High Enthalpy Flow"1st Inernational Conference on Computational Fluid Dynamics (held at Kyoto, Japan). ページなし. (2000)

[Publications] 杉本浩一,麻生茂: "エアロスパイクノズル回りの流れ解析"日本流体力学会年会講演集. ペーシなし. (2000)

[Publications] 溝口誠,深見知也,林健太郎,利光和彦,麻生茂: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性について"第32回流体力学講演会講演集. 67-70 (2000)

[Publications] 麻生茂: "完全再使用宇宙往還機の空力加熱"第44回宇宙科学連合講演会. 67-71 (2000)

麻生茂九州大学, 工学研究院, 教授 (40150495)