2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Arc Flow Enthalpy Measurement Method using Magnetohydrodynamic Shock Layer Enlargement Effect
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16K14505
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
葛山 浩 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80435809)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 武治 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90323047)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 惑星大気突入 / アーク風洞 / 熱防御 / 電磁力ブレーキング / 電磁流体力学 / セラミック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は、真鍮をカバー材料に用いた水冷式プローブを開発し、JAXA大型アーク風洞にて耐熱試験（加熱率は3.6 MW/m2）を実施したところ、プローブ内部の温度上昇は20 K程度、カバー材も無損傷などの良好な結果を得た。しかし、電磁力の発生には、プローブ材は、電気的絶縁体であることが望ましいため、本年度は、プローブのカバー材をセラミック（窒化ケイ素）に変更し、さらにネオジム磁石を搭載して、再びJAXAアーク風洞での試験を実施した。熱設計では、一次元熱解析を行い、熱応力による熱破壊の安全率が5程度となるように設計した。アーク風洞の試験条件は、放電電流が300, 500, 700 Aとし、磁石ありとなしの二種類のプローブを使用した。なお、Φ40 mmの円柱ガードンゲージを用いた場合の加熱率は、それぞれ2.14, 2.95, 3.75 MW/m2であった。加熱後、窒化ケイ素カバーの表面には、アーク由来の酸化銅が付着し、多少の変色が見られたが、目立った損傷はなかった。また、模型加熱面の温度を、サーモグラフィーで撮影したところ、700 Aの場合は、加熱面の外周付近の温度が、一次元解析よりも200 K程度が高いことがわかった（それでも熱破壊の安全率は、まだ2よりも大きい）。しかし、700 Aで加熱を繰り返したところ、突然、模型が壊れた。この原因ははっきりしていない。一方、冷却水の温度上昇は10 K以下に保たれており、内部磁石の消減磁も発生せず、設計したプローブは、非常に良好な内部冷却性能を有することがわかった。また、磁場ありとなしの場合で、発光分光計測を実施し、スペクトルおよび衝撃層厚みの比較を実施したが、残念ながら優位な差が見られなかった。この原因は、気流がほとんど電離していないためと考えられるため、今後は、少量の電離シード材を気流に混ぜて計測を実施する必要があることがわかった。
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