2019 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, 宇宙科学研究所, 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. 数種類のピトー管型模型のDSMC数値解析により，希薄効果・表面温度依存性を評価した．結果として，従来のピトー管型では表面係数依存性・表面温度依存性が低いことが判明した．一方，二重管透過型模型を用いた場合，表面係数依存性・表面温度依存性が高く，依存性を評価しやすいことが判明した．これらの解析結果の比較検証に向けて，ピトー管型・二重管透過型双方の模型を設計・製作した．現在，希薄風洞計測準備中であり，準備が整い次第，計測を開始する予定である．
2. 設計した模型のDSMC数値解析を行い，表面係数依存性・表面温度依存性に関するデータベースを作成した．表面係数によって圧力が4 Pa以上，表面温度によっても圧力が4 Pa以上変動することが判明している．今後，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検証していく．また，検証結果をもとに模型の最適化を図り，模型を再設計・再製作し，表面係数依存性・速度比依存性の評価精度の向上を図るとともに，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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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数種類のピトー管型模型のDSMC数値解析により，希薄効果・表面温度依存性を評価した．その結果をふまえて，計画通り複数の模型を製作し，DSMC解析により表面係数依存性・速度比依存性のデータベースを作成した．年度内に計測予定であったが，希薄風洞実験環境等の影響により現在計測準備中の状況である．環境が整い次第，計測による検証を実施する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 二重管透過型模型を用いた希薄風洞計測を実施し，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検証する．
2. 検証結果をもとに模型の最適化を図り，模型を再設計・再製作し，表面係数依存性・速度比依存性の評価精度の向上を図る.
3. これまでの結果を踏まえ，極超音速希薄領域における新しい表面理論モデルを構築し，粒子数値解析手法に導入することで理論モデルを工学応用レベルにまで引き上げ，極超音速希薄気体の空力特性評価の改善・高精度化を図る．
4. 複数のインテーク型模型を用いた計測を行い，DSMC数値解析と融合することにより，インテークの性能評価及び表面モデルの検証を行う．
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| Causes of Carryover |
複数製作予定の希薄効果・表面温度依存性評価用模型の設計・製作に遅れが生じ，費用の一部が来年度に持ち越された．
希薄効果・表面温度依存性評価用模型の製作および改良，表面係数評価に向けた解析ツールの整備，希薄風洞実験消耗品の調達に使用予定である．
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