2018 Fiscal Year Research-status Report
Investigation for Speed Ratio Dependence of Rarefied Aerodynamics Using Hypersonic Rarefied Wind Tunnel
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18K04565
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
小澤 宇志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (70567544)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 俊之 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (20392839)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 希薄風洞 / 数値解析 / 希薄気体力学 / DSMC / 極超音速流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，極超音速希薄風洞実験と粒子数値解析を行うことにより，極超音速希薄気体空力現象の計測手法を確立し，物質表面係数及び希薄空力の速度比依存性を評価することによる希薄空力予測精度の向上を目的とする．希薄空力計測と粒子数値解析の融合による手法を用いて極超音速希薄空力の速度比依存性を解明する．さらに，得られたデータを用いてより正確で新しい表面モデルを構築することで，数値計算希薄空力予測の精度を向上させ，大気突入カプセルや超低高度衛星等の軌道制御システムの信頼性の向上を目指すものである．今年度の主な研究の成果を以下に示す．
1. 極超音速希薄風洞において液体窒素を用いた模型表面温度冷却システム設計・開発を行う：液体窒素を用いた熱バランスを評価することにより，必要な液体窒素流量とタンク容積を設計し，真空断熱容器・断熱排気用フランジを製作した．液体窒素を流して冷却システムを試運転したところ，加圧無しにおいても液体窒素が模型部を通過し，気化することなく排出用バルブまで冷却されていることが確認された．
2. 極低温測温センサを用いた表面温度計測システムを開発する：極超音速希薄風洞用模型に適合するような極低温測温センサを選定し，極低温測温センサの購入および極低温測温センサ用フランジの製作を行った．また，測温抵抗体用計器も調達し，液体窒素温度範囲を計測可能なシステムを開発した．
3. 数種類のピトー管型模型のDSMC数値解析を行い，希薄効果・表面温度依存性を評価するための模型形状最適化を行う：まず，DSMC解析によって，速度比・真空度がともに高い環境におけるインテーク圧力と表面係数依存性を評価した．次にCFD-DSMC連成計算を行うことにより極超音速希薄風洞計測部の気流を検証した．この計測部における表面温度依存性を最大限に発揮できるような模型の形状最適化を現在実施中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
極超音速希薄風洞において液体窒素を用いた模型表面温度冷却システムに関しては液体窒素を用いた熱バランスを評価し設計することにより，計画通り設計・製作を行った．極低温測温センサを用いた表面温度計測システム開発に関しても一式のシステムの選定と調達が完了した．希薄効果・表面温度依存性評価用模型の設計に関しては現在最適な形状を解析中である．設計が完了次第，模型を製作し，計測を実施する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 極超音速希薄風洞計測部の気流環境における表面温度依存性評価用として最適な模型形状を評価する．
2. 表面温度依存性評価用模型を用いた計測を行い，表面温度変化による速度比依存性を評価する．
3. DSMC数値解析を行い，計測と数値解析を融合することにより，拡散・鏡面反射比等，物質表面係数の表面温度や材質に対する依存性を明らかにし，データベース化するとともに，既存のMaxwellモデルよりもより正確な希薄領域表面モデルを開発する．
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| Causes of Carryover |
希薄効果・表面温度依存性評価用模型と表面温度センサシステムのインターフェース製作費用が必要であるため，今年度使用予定であった模型表面温度冷却システム費用の一部が来年度に持ち越された．
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