2021 Fiscal Year Annual Research 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, 主任研究開発員 (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 – 2022-03-31
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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. ピトー管型・二重管透過型双方の模型を製作し、希薄風洞計測を実施した。速度比依存性に関しては、表面温度の液体窒素による冷却およびヒーター加熱によって実施した。また、表面係数依存性に関しては金メッキコーティングによって比較検証を行った。
2. 計測結果をDSMC数値解析結果と比較検証した。結果として、速度比が高くなるほど圧力が高くなる傾向が得られ、数値解析と一致する結果が得られた。従って、希薄風洞において速度比を最大で2倍以上変化させるシステムが構築されたといえる。一方、表面係数依存性に関しては、拡散反射比が高い表面係数が0.5から1.0の範囲においては、圧力差がみられなかった。拡散反射比が高い表面係数が0.5〜1.0の材料が多いことから、表面係数評価精度を高めるためには、拡散反射比が高い領域の表面係数依存性が高い形状の最適化が必要である。その結果を踏まえて、将来的には極超音速希薄領域における既存の表面モデルと比較検証することによって、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ることを目指す。
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