2005 Fiscal Year Annual Research Report
木星大気へ突入する探査機のアブレーションによる空力加熱低減に関する研究
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15360450
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| Research Institution | KYUSHU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
安倍 賢一 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20315104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永山 邦仁 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20040446)
木原 尚 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (60243911)
西田 迪雄 崇城大学, 工学部, 教授 (10025968)
安部 隆士 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (60114849)
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)
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| Keywords | 木星探査 / 極超音速流 / 大気突入飛行 / 空力加熱 / アブレーション |
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| Research Abstract |
1.木星大気に突入する探査機周りの強い衝撃波を含む非定常大規模乱流計算に備えて,解析精度向上のための乱流モデリング技術としてLES/RANSハイブリッド乱流モデルの検討を行い,新たなモデル表式を提案した.
2.炭素系アブレータ装備の宇宙探査機カプセルが地球大気圏に突入する際の衝撃層流れを、空気の3温度モデル、空気-空気およびアブレーター空気の非平衡化学反応を考慮して数値解析を行った。この解析により木星大気突入宇宙船のアブレーション解析の基礎が確立できた。
3.木星突入プローブに対しアブレーションを考慮した極超音速水素気流に関する化学非平衡粘性衝撃層解析を行い、空力加熱環境を評価した。アブレータ損耗解析を行い、熱防御材重量を見積った結果、低コスト小型プローブ実現には機体の低弾道係数化が鍵であることが明らかになった。
4.突入機の突入飛行環境の予測、及び、熱防御用アブレータからの噴出ガスの効果の把握を行った。突入飛行環境としては、特に、超軌道からの突入に関して、熱的非平衡が予測以上に大きいことを実験的に明らかにした。また、このような非平衡性が機体の加熱に対する効果も合わせて把握した。一方、実飛行環境下での熱防御アブレータの挙動について、分光的手法を適用して、その一端を明らかにした。
5.高感度高速ゲート付CCDカメラを用いてアブレーションプルーム内の粒子種に適合した波長フィルターを介して当該粒子種の空間分布観測を試みた。高真空で比較的発光の弱いFeSi2ターゲットのブルーム観測の有効性を確認できた。
6.アブレータによる熱防御を行う場合,未だ理解されていない現象にスポレーション粒子による輻射加熱の存在が提案されている.スポレーション現象の発生をアーク加熱風洞により加熱されたアブレータ周りを分光計測することにより確認した.また,スポレーション粒子の挙動を数値計算により予測した.
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