2019 Fiscal Year Research-status Report
Effect of Deformation of the Inflatable Deceleration Device for Reentry Vehicles on the Aerodynamic Characteristics
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19K04847
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
大津 広敬 龍谷大学, 理工学部, 教授 (20313934)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バルート / 柔軟模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０１９年度は、３Dプリンタを用いた柔軟性を備えたバルート試験模型を作成し、内部構造を工夫することにより、剛性を変化させた模型を作成することにより、剛性と試験模型の変形の関係を遷音速風洞実験により、実験的に変形の様子を観察することに成功した。風洞実験は、宇宙科学研究所の高速気流試験設備を利用した。3DプリンタにはForm2を使用し、光硬化性レジンを材料として用いることでヤング率が6.4MPaの材料による模型作成に成功した。また、模型内部の断面形状をドーナツ型として内部をくり抜くことにより剛性を制御できることが明らかとなったため、断面構造を工夫することで、高速気流中におけるバルートの剛性とバルート模型の変形量を実験的に明らかにした。
また、風洞実験と同じ条件で数値流体解析を行い、流体構造連成解析をANSYS AIMを用いて行った。本研究で行った連成解析では、まず流体解析を行い、その解析結果から得られた圧力分布と設定した拘束条件に基づいて、バルートの変形量を解析するものである。この解析と風洞実験結果と比較したところ良好な一致を得ることができた。また、変形後の形状を用いて流体解析を行い、空力特性の推定を行ったところ、こちらについても、風洞実験と良好な一致を確認できた。
以上の実験および解析により、本実験手法と解析手法により剛性と変形量の関係を調べることが可能であることが明らかとなった。上記の研究結果は、2回の国内学会および研究会において口頭発表を行った。
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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
１）現在所有している３Dプリンタおよび柔軟性を備えた光硬化性レジンを用い、バルート試験模型の断面形状を工夫することにより試験模型の剛性を調整できることが明らかとなった
２）現在所有している３Dプリンタおよび柔軟性を備えた光硬化性レジンを用い、模型断面形状を工夫することにより風洞試験時における動圧に耐えることができ、かつ、ある程度の変形が可能な試験模型を作成できた
３）ANSYS AIMによる簡易的な流体構造連成解析により変形量および変形の様子について風洞実験と解析で良好な一致が得られた。
４）３）で得られた変形量を元に変形後のバルート模型形状を推定し、その形状を用いた流体解析を行ったところ、風洞実験と良い一致を見ることができた。
以上の結果から、想定した進捗状況であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２０年度は、２０１９年度末に購入したより高精度な新しい３Dプリンタにより、複雑な内部構造の試験模型を作成することが可能となることと、新しい柔軟な材料が利用可能となることから、より広い範囲の剛性の試験模型を精度良く製作することが可能となる。そのため、幅広い柔軟性を持った模型を作成し風洞試験を行う。この実験により剛性と変形の関係を明らかにするためにより多くのデータを取得することを目指す。
また、昨年度に引き続きANSYS AIMによる流体構造連成解析を行い、風洞実験との詳細な比較を行う。
併せて、風洞実験の環境だけでなく、実際の飛行環境を想定した解析を行い、剛性と変形量の関係および変形量が空力特性に与える影響の評価を目指す。
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| Causes of Carryover |
２０１９年度末に購入した３Dプリンタが想定した額よりも安価に購入できたことと、風洞実験に必要な旅費について補助が得られたため、次年度使用額が発生した。２０２０年度は、２０１９年度に行うことができなかった東京大学柏キャンパスにおける風洞試験設備を利用した実験を行うための旅費および試験模型作成費用などに利用したいと考えている。
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