2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on in-flight ablation phenomena using ground testing
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17K06947
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
酒井 武治 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90323047)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アブレーション / センサー / 空力加熱 / 酸水素ガストーチ / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度開発した超小型酸水素ガストーチ耐熱材料実験系をさらに改良した．これまでの，加熱試験材料を移動ステージで動かす方法ではなく，ガストーチ側を移動させる実験法を構築した．改良実験法では，放射温度計による材料の表面温度計測系の調整およびトーチノズルと供試体表面の位置調整が容易にかつ厳密に管理できるようになった．
センサー表面損耗検知部の光ファイバー―光検知器計測系の校正法を更新した．当該計測系は光ファイバーが実験ごとに使い捨てるため，固有の出力電流-温度変換校正曲線を作る必要があったがプロトコルがなかった．そこで，酸素アセチレンガストーチとグラファイト供試体を使った校正法を確立し，光ファイバーについて，研磨から校正を経てセンサー実験に至るまで，一元化してデータ整理を行うことができるようになった．
大気突入時の非定常淀み点加熱温度履歴を改良した実験系で再現した．時間平均表面温度が約2000Kとなる従来条件に加え，近年行われた再突入機条件により近い約1700K条件でも実験した．結果，表面損耗検知，炭化層進展検知，センサー温度について，データの再現性が向上した．損耗検知時刻でのセンサー温度を放射温度計測値と比較し，低い表面温度実験では，概ね±10%程度の差．高い表面温度実験では，最大で20%程度過大評価することがわかった．これは，光ファイバーの融点近くでの計測の場合，検知精度が悪化することを示唆する．光ファイバー径を大きくすると，表面温度が高い場合でも，良好な精度を担保できる可能性を補完実験で確認した．
開発した2次元軸対称コードをさらに更新し，多孔質体内のガスと固体間のエネルギー交換をモデル化できる計算コードを開発した．多孔質炭素基材内の気体-固体-輻射連成熱伝達過程をシミュレーションし，基材表面から流入するガスの流入条件が，実験データの再現性に大きく関わることが分かった．
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