2023 Fiscal Year Annual Research Report
再使用型ロケットの垂直着陸における空力特性と運用性の研究
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21K04490
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
野中 聡 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, 教授 (40332150)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 再使用型ロケット / 垂直着陸 / 空力特性 / 帰還飛行 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では垂直着陸型再使用ロケットの着陸フェーズにおいて、減速・軟着陸のためのエンジン排気プルームと機体周りの流れの干渉の影響を考え、垂直着陸型再使用ロケットのシステム構築に必要となる空力設計や着陸方法の考え方を示すことを目的としている。
1年目においては、再使用ロケットの着陸時におけるエンジン排気プルームを模擬するための風洞実験が可能なスケールモデルを設計するとともに、圧力計測システムの構築とその動作確認を行った。風洞実験に必要なモデルに内装するための圧力センサの仕様を設定し、計測システムを構築して風洞実験により動作確認を実施した。
2年目においては、1年目に設定した機体形状により、排気プルームを伴う機体周りの流れ場を模擬するための風洞実験が可能なスケールモデルを試作して、基礎的なデータを取得するための実験を実施した。スケールモデルの底面に設けられた貯気槽とノズルからジェット（窒素ガス）を吹き出すことで排気プルームを模擬する機構とした。また、モデル周りに形成される非定常な流れ場による圧力分布の変化を精度よく計測するため、モデル底面および側面に圧力孔を分布させ、内装したセンサにより圧力計測を可能とした。
３年目においては、２年目に構築したスケールモデルおよび模型駆動装置により風洞実験を行い、排気プルームを伴う模型表面の圧力分布を計測し、定常時および姿勢変更を伴う場合の空力特性への影響を評価した。ジェットの吹き出し角、質量流量、モデルの迎角によって、表面圧力分布がそれぞれ変化することを明らかにした。特に、モデル底面の圧力分布への影響が大きく、着陸時のエンジン噴射による姿勢制御に伴い、空気力により生じるモーメントが機体に加わることがわかった。再使用型ロケットの垂直着陸においては、このエンジン排気により生じる空気力によるモーメントを考慮した着陸運用が必要であることを明らかにした。
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