2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on non-equlibrium plasma flow characteristics with precoursa phenomena around high speed re-entry balistic bodyaround
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17K06946
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
川添 博光 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (40260591)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 剛治 東海大学, 工学部, 准教授 (90588831)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プリカーサ / 衝撃波管 / 輻射光 / 衝撃波速度 / トリプルプローブ計測 / 分光計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、再突入探査機周りに生成される衝撃波の前方で生じる熱化学現象や輻射輸送現象（プリカーサ現象）を解明することで、探査機の飛行環境の予測精度を向上することを目的としている。プリカーサ現象は、探査機の再突入飛行速度が高くなるにつれて顕著になることが報告されているため、本研究の初期段階において自由ピストン衝撃波管の特性解析を実施して生成される衝撃波の高速化に取り組んだ。これにより隔膜破膜時に最適な運転条件が明らかになり、また隔膜形状の変更が衝撃波速度の高速化に有効であることが明らかになった。しかしながら、当初の目標として掲げた秒速14km以上の衝撃波速度を達成することができなかったが、隔膜設置部後流側の断面形状を収縮させるなどさらなる改良が必要であると考えられる。
このため、窒素気体中に秒速6km程度の衝撃波を生成してプリカーサ現象の特性について調査した。この結果、秒速10km以下の再突入速度においては、衝撃波前方で窒素分子の電子励起、光解離、及び光電離が生じることを実験的に実証することができた。また高速再突入時のプリカーサ現象を調査するために、アルゴンを試験気体として調査を実施した。トリプルプローブ計測や発光分光計測により衝撃波前後における電子温度と電子密度の空間分布特性を取得することができた。この結果について、アルゴン原子の光電離モデルを組みこんだCFDコードを開発して解析を行った。
これより、衝撃波前方領域に関しては電子温度と電子密度両方とも計算結果と同程度のオーダーになることが分かった。一方、衝撃波後方領域に関しては、電子温度は計算結果と良い一致を示しているものの、電子密度に関しては計算よりも一桁高いオーダーになることが分かった。以上から、プリカーサ現象を再現するためには、光電離に加えて他の物理現象を考慮する必要があることが明らかになった。
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