Improved Modeling of Nonequilibrium Thermochemistry by Advanced Optical Measurement and Microscopic State-to-state Analysis

2008 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18360413
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: FUJITA Kazuhisa Japan Aerospace Exploration Agency, 研究開発本部, 主幹研究員 (90281584)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SUZUKI Toshiyuki 宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部・未踏技術研究センター, 研究員 (20392839) ; MATSUYAMA Shingo 宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部・数値解析グループ, 研究員 (60392841)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SAKAI Takeharu 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90323047)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Keywords: 航空宇宙流体 / 構造 / 航法 / 制御 / 推進

Research Abstract

将来の大気再突入システムや惑星探査大気プローブの飛行環境(衝撃波速度~12km/s)を実現できる装置として自由ピストン2段隔膜衝撃波管を開発し, 先進的な超高速イメージング分光とcomputer aided molecular spectroscopy法を用いて衝撃波背後の熱化学プロセスを計測することにより, 従来の熱化学反応モデルを改善した. また量子化学計算によりN_2-N_2およびCO-O分子間相互作用ポテンシャルを解析し, これを用いた準古典的衝突解析を統計的に行うことにより, 従来実験的に得られた温度範囲よりもより高温の領域においてN2やCO分子の内部モードの熱的緩和・解離速度係数を取得し, 反応流解析のための巨視的モデルを開発した.

Research Products

• [Journal Article] Experimental Study of Graphite Ablation in Nitrogen Flow (2008)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Ando, K., Sakai, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.22, No.3 Pages: 382-389
• [Journal Article] Spectroscopic Flow Evaluation in Inductively Coupled Plasma Wind Tunnel (2008)
  • Author(s): Fujita, K., Mizuno, M., Ishida, K., Ito, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.22, No.4 Pages: 685-694
• [Journal Article] Calculation of High-Enthalpy Aerothermal Environment in an Arcjet Facility (2007)
  • Author(s): Sakai, T., Suzuki, T., Fujita, K., Ito, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.21,No.1 Pages: 249-251
• [Journal Article] Calculation of Thermal Response of Ablator Under Arcjet Flow Condition (2007)
  • Author(s): Suzuki, T., Sakai, T., Yamada, T
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.21, No.2 Pages: 257-266
• [Journal Article] Heating Environments of a Venus Entry Capsule in a Trail Balloon Mission (2006)
  • Author(s): Fujita, K., Sumi, T, Yamada, T., Ishii, N.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.20,No.3 Pages: 507-516
• [Journal Article] Coupled Rotational-Vibrational Relaxation of Molecular Hydrogen at High Temperatures (2006)
  • Author(s): Furudate, M., Fujita, K., Abe, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.20, No.3 Pages: 457-464
• [Journal Article] Multiband Radiation Model for Simulation of Galileo Probe Entry Flowfield (2006)
  • Author(s): Matsuyama, S., Shimogaya, Y., Ohnishi, N., Sasoh, A., Sawada, K.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.20,No.3 Pages: 611-614
• [Journal Article] 再突入飛行技術向上を目的とした衝撃波管の開発
  • Author(s): 山田剛治, 鈴木俊之, 高柳大樹, 藤田和央
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌論文集
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rotational-Temperature Measurements of Chemically Reacting CN Using Band-Tail Spectra
  • Author(s): Kurosawa, K., Sugita, S., Fujita, K., Ishibashi, K., Kadono, T., Ohno, S., Matsui, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive Flow Characterization in a 110-kW Inductively-Coupled-Plasma Heater
  • Author(s): Fujita, K., Suzuki, T., Mizuno, M., Fujii, K.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Graphite Nitridation in Lower Surface Temperature Regime
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., and Sakai, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental Study of Graphite Ablation in Nitrogen Flow, Part II: Further Numerical Analysis
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T.
  • Journal Title: Journal of Thermophysics and Heat Transfer
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CO-O衝突によるCOの内部モード緩和と解離のDSMC-QCT解析
  • Author(s): 藤田和央
  • Journal Title: 日本航空宇宙学会誌論文集
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 衝撃波背後の窒素分子の真空紫外分光 (2009)
  • Author(s): 山田剛治, 高柳大樹, 鈴木俊之, 藤田和央
  • Organizer: 平成20年度の衝撃波シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学, 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 20090300
• [Presentation] Graphite Nitridation in Lower Surface Temperature Regime (2009)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T.
  • Organizer: AIAA Paper 2009-0260, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition
  • Place of Presentation: Orlando, Florida, USA
  • Year and Date: 20090100
• [Presentation] Experimental Investigations of Rovibrational Temperatures Derived from Different Electronic State (2009)
  • Author(s): Yamada, G., Takayanagi, H., Suzuki, T., Fujita, K.
  • Organizer: AIAA Paper 2009-1594, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition
  • Place of Presentation: Orlando, Florida, USA
  • Year and Date: 20090100
• [Presentation] グラファイト表面上の窒化反応特性に関する実験的数値的研究 (2008)
  • Author(s): 鈴木俊之, 藤田和央, 酒井武治
  • Organizer: 平成20年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20081200
• [Presentation] 衝撃波背後のスペクトル観測の空間分解能向上化について (2008)
  • Author(s): 山田剛治, 高柳大樹, 鈴木俊之, 藤田和央
  • Organizer: 平成20年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20081200
• [Presentation] 火星・金星探査におけるエアロキャプチャシステムの検討 (2008)
  • Author(s): 藤田和央, 鈴木俊之, 高柳大樹, 加納希生
  • Organizer: 第52回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場, 兵庫県淡路市
  • Year and Date: 20081100
• [Presentation] アブレーション熱防御システムを用いたエアロキャプチャシステムの検討 (2008)
  • Author(s): 鈴木俊之, 高柳大樹, 加納希生, 藤田和央
  • Organizer: 第52回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場, 兵庫県淡路市
  • Year and Date: 20081100
• [Presentation] 熱化学非平衡を考慮した二酸化炭素大気を飛行する宇宙機の空力解析 (2008)
  • Author(s): 古館美智子, 竹内玲司, 保江かな子, 澤田恵介, 藤田和央
  • Organizer: 第52回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場, 兵庫県淡路市
  • Year and Date: 20081100
• [Presentation] SiC表面上の窒素原子触媒性再結合反応に関する実験的数値的研究 (2008)
  • Author(s): 鈴木俊之, 大澤弘始, 高〓大樹, 藤田和央
  • Organizer: 日本流体力学会年会2008
  • Place of Presentation: 神戸大学, 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 20080900
• [Presentation] N_2 (1+) バンドから求めた衝撃背後の窒素分子の緩和現象 (2008)
  • Author(s): 山田剛治, 高柳大樹, 藤田和央, 鈴木俊之
  • Organizer: 日本流体力学会年会2008
  • Place of Presentation: 神戸大学, 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 20080900
• [Presentation] CO-O衝突によるCOの内部モード緩和と乖離の DSMC-QCT解析 (2008)
  • Author(s): 藤田和央
  • Organizer: 日本流体力学会年会2008
  • Place of Presentation: 神戸大学, 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 20080900
• [Presentation] Preliminary Study of Venus Exploration with Aerocapture System (2008)
  • Author(s): Fujita, K. Yamada, T.
  • Organizer: AIAA Paper 2008-6392, AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20080800
• [Presentation] Aerodynamics of Satellites on a Super Low Earth Orbit (2008)
  • Author(s): Fujita, K. Noda, A.
  • Organizer: 26th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 20080700
• [Presentation] State-Resolved Vibrational Relaxation and Dissociation Kinetics of N2 (2008)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: Paper ISTS 2008-e-27, 26th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Shizuoka, Japan
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] Research Activities on Venus Atmosphere Balloon Observation Mission (2008)
  • Author(s): Yamada, T., Hirose, K., Toda, T., Takeuchi, H., Izutsu, N., Fujita, K., Ishii, N.
  • Organizer: Paper ISTS 2008-k-15, 26th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: Hamamatsu, Shizuoka, Japan
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] Vibrational Relaxation and Dissociation Kinetics of CO by CO-O Collisions (2008)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: AIAA Paper 2008-3919, 40th AIAA Thermophysics Conference
  • Place of Presentation: Seattle, WA, USA
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] Measurements of Rovibrational Temperatures Derived from N_2 (1+) and N_2 (2+) behind Shock Waves (2008)
  • Author(s): Yamada, G., Takayanagi, H., Fujita, K., Suzuki, T.
  • Organizer: AIAA Paper 2008-4253, 40th AIAA Thermophysics Conference
  • Place of Presentation: Seattle, WA, USA
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] 窒素気流中におけるグラファイトアブレーションに関する実験的数値的研究 (2008)
  • Author(s): 鈴木俊之, 藤田和央, 酒井武治
  • Organizer: 第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城県仙台市
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] 熱防御システムの高信頼性評価に向けた誘導加熱風洞の高精度気流検定 (2008)
  • Author(s): 藤田和央, 水野雅人, 石田清道, 鈴木俊之, 藤井啓介
  • Organizer: 第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城県仙台市
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] 窒素分子の緩和現象における電子励起準位の影響 (2008)
  • Author(s): 山田剛治, 藤田和央, 鈴木俊之
  • Organizer: 第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城県仙台市
  • Year and Date: 20080600
• [Presentation] Experimental and Numerical Study of Surface Nitridation of Thermal Protection Material (2008)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T.
  • Organizer: Lectures and Workshop International - Recent Advances in Multidisciplinary Technology and Modeling -
  • Place of Presentation: Univ. of Tokyo, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20080500
• [Presentation] 強い衝撃波背後の窒素分子の回転・振動温度計測 (2008)
  • Author(s): 山田剛治, 鈴木俊之, 藤田和央
  • Organizer: 平成19年度衝撃波シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学, 東京都目黒区
  • Year and Date: 20080300
• [Presentation] Numerical Attempt for Reproducing the Surface Recession Data of Galileo Probe (2008)
  • Author(s): Matsuyama, S., Furudate, M., Fujita, K.
  • Organizer: AIAA Paper 2007-414, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Reno, Nevada, USA
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Calculation of Radiation from a Shock Layer Flow in an Arc-Jet Facility (2008)
  • Author(s): Sakai, T., Saruhashi, Y., Suzuki, T., Matsuyama, S.
  • Organizer: AIAA Paper 2007-0808, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Reno, Nevada, USA
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Experimental and Numerical Study of Thermal Response of Ablator in an Arc-Jet Facility (2008)
  • Author(s): Suzuki, T., Mizuno, M., Fujita, K., Sakai, T.
  • Organizer: IAA Paper 2007-0415, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Reno, Nevada, USA
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Comprehensive Characterization of Test Flows in 110-kW Inductively-Coupled-Plasma Heater (2008)
  • Author(s): Fujita, K., Suzuki, T., Mizuno, M., Fujii, K.
  • Organizer: AIAA Paper 2008-1254, 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Reno, Nevada, USA
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] Numerical Analysis of Graphite Ablation in Nitrogen Flow (2008)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T.
  • Organizer: AIAA Paper 2008-1217, 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Reno, Nevada, USA
  • Year and Date: 20080100
• [Presentation] 窒素分子の回転振動緩和モデル-微視的解析とマクロモデル- (2007)
  • Author(s): 藤田和央
  • Organizer: 平成19年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] ARC 110kW誘導加熱風洞の試験気流検定 (2007)
  • Author(s): 藤田和央, 水野雅仁, 石田清道, 藤井啓介, 長井遵正
  • Organizer: 平成19年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 衝撃波管を用いた非平衡熱化学過程研究のための予備試験 (2007)
  • Author(s): 山田剛治, 藤田和央, 鈴木俊之
  • Organizer: 平成19年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] N_2-N衝突の半古典的解析 (2007)
  • Author(s): 菊池庄太, 藤田和央
  • Organizer: 平成19年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] グラファイトの窒化特性解明に向けた実験的数値的研究 (2007)
  • Author(s): 鈴木俊之, 藤田和央, 酒井武治
  • Organizer: 平成19年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究本部, 神奈川県相模原市
  • Year and Date: 20071200
• [Presentation] 月・惑星探査と将来輸送システムを支える熱化学流体解析技術の開発 (2007)
  • Author(s): 藤田和央, 鈴木俊之, 松山新吾
  • Organizer: JAXA総研・宇宙研・利用本部・月惑星合同研究発表会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター, 茨城県つくば市
  • Year and Date: 20071100
• [Presentation] 再突入飛行環境評価技術向上のための高速衝撃波管の開発 (2007)
  • Author(s): 藤田和央, 鈴木俊之, 山田剛治
  • Organizer: 第79回風洞研究会
  • Place of Presentation: 岐阜県各務原テクノプラザ, 岐阜県各務原市
  • Year and Date: 20071100
• [Presentation] 大気突入極超音速機の空力加熱評価のための衝突積分モデルについて (2007)
  • Author(s): 藤田和央, 鈴木俊之, 山田剛司
  • Organizer: 第51回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 北海道札幌市
  • Year and Date: 20071000
• [Presentation] 熱化学モデルの開発と改善を目的とした衝撃波管の開発 (2007)
  • Author(s): 山田剛司, 藤田和央, 鈴木俊之
  • Organizer: 第51回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター, 北海道札幌市
  • Year and Date: 20071000
• [Presentation] Observation of Graphite Nitridation in High Enthalpy Wind Tunnel (2007)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T.
  • Organizer: AIAA Paper 2007-4402, 39th AIAA Thermophysics Conference
  • Place of Presentation: Miami, FL, USA
  • Year and Date: 20070600
• [Presentation] Assessment of Molecular Internal Relaxation and Dissociation by DSMC-QCT Analysis (2007)
  • Author(s): Fujita, K.
  • Organizer: AIAA Paper 2007-4345, 39th AIAA Thermophysics Conference
  • Place of Presentation: Miami, FL, USA
  • Year and Date: 20070600
• [Presentation] 木星大気圏突入時の空力加熱予測における感度解析-C_3の吸収断面積データの不確定性による影響- (2006)
  • Author(s): 松山新吾
  • Organizer: 第20回数値流体力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学, 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 20061200
• [Presentation] 惑星大気突入飛行環境評価技術と熱防御評価技術の向上 (2006)
  • Author(s): 藤田和央, 松山新吾, 鈴木俊之, 松川豊
  • Organizer: JAXA総研本部・科学本部合同成果報告会
  • Place of Presentation: 筑波宇宙センター, 茨城県つくば市
  • Year and Date: 20061100
• [Presentation] アブレーション熱防御評価のための熱化学物性値と動的モデルの改善 (2006)
  • Author(s): 藤田和央
  • Organizer: 日本流体力学会年会2006
  • Place of Presentation: 九州大学, 福岡県春日市
  • Year and Date: 20060900
• [Presentation] アブレータの熱応答に対する気相-固相反応モデルの影響 (2006)
  • Author(s): 鈴木俊之, 藤田和央, 酒井武治
  • Organizer: 第38回流体力学講演会
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学, 北海道室蘭市
  • Year and Date: 20060900
• [Presentation] Conceptual Study of Venus Balloon Mission Using a Compact Aerocapture System (2006)
  • Author(s): Fujita, K., Yamada, T.
  • Organizer: 1st International ARA Days - Atmospheric Reentry Systems, Missions and Vehicles
  • Place of Presentation: Arcachon, France
  • Year and Date: 20060700
• [Presentation] Evaluation of Heat Transfer Rates of Venus Entry Capsules Along Flight Trajectories (2006)
  • Author(s): Fujita, K., Matsukawa, Y., Yamada, T., Ishii, N.
  • Organizer: AIAA Paper 2006-3580, 9th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference
  • Place of Presentation: San Francisco, California, USA
  • Year and Date: 20060600
• [Book] Improved thermochemical models for assessment of CFRP ablator performance JAXA Research and Development Report (2006)
  • Author(s): Suzuki, T., Fujita, K.
  • Total Pages: RR-06-024
  • Publisher: JAXA Publication