2021 Fiscal Year Annual Research Report
超軌道速度流れ場の高信頼予測実現へ向けた非平衡モデルの進展
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19K04842
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
荻野 要介 高知工科大学, システム工学群, 講師 (90586463)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 衝突輻射モデル / 高エンタルピー流の数値計算 / 原子・分子過程 / 輻射熱輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気圏突入時に宇宙機が経験する過酷な空力・輻射加熱環境における熱化学非平衡性や輻射熱輸送に関して本研究では、従来法の代替となり得る実物理過程に即した新たな解析モデルを創設・提案することを目的とした。具体的には、既存の熱化学非平衡モデルで簡略化されてきた、流体内部における量子力学的状態 (振動・電子励起状態) ごとの質量保存則を衝突・輻射遷移方程式によって直接計算し、電子励起状態ごとの質量保存を導いた。それらを圧縮性 Navier-Stokes 方程式と連立し、輻射熱輸送方程式と結合させることで大気圏突入機体まわりの極超音速流動場を解析した。輻射熱輸送との結合においては、輻射光線の追跡計算と同時に非平衡物理モデルの複雑化と高精度化、さらに壁面入射する輻射スペクトル解析コードの実装にも成功した。構築した本計算コードを用いれば、熱力学平衡を仮定した励起分布に基づく輻射スペクトルにて同定が行われている極超音速流れ研究の現状を乗り越え、より精緻な輻射熱輸送の数値予測が実現可能となる。
NASA Ames 研究所に配備されたアーク加熱風洞気流の数値解析を実施し、供試体へ入射する輻射スペクトルを比較検証し、従来法よりも優れた精度を得ることに成功した。また、前期解離反応など風洞固有の特徴から卓越する遷移化学反応の追加実装も行い、より高信頼なモデルに近づけることに成功した。また、2020年度に購入した分光計測機器にてアーク加熱風洞などの高速プラズマ気流中の物体まわりからの発光を計測する予定であったが、感染拡大下にあって風洞施設を保有する外部機関との連携実施が困難であった。そこで現在、所属大学に配備されている非平衡プラズマの発生装置に対して分光計測を実施している。これまでに得られた研究成果をまとめ、オンラインで開催された国際会議や国内学会にて講演発表報告し議論を重ねた。
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