2012 Fiscal Year Research-status Report
熱防御材表面触媒効率計測装置の開発及び表面触媒モデルの構築
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24760668
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
高柳 大樹 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 研究員 (70513422)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 |
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| Research Abstract |
地球や惑星大気への突入時の熱防御材への過酷な空力加熱を正確に評価するためには材料表面での原子の再結合、つまり表面触媒性を評価する必要がある。しかしこれまでは実用とは程遠い非常に低圧の条件でのみ計測されており、安全率を高く設定しなければならない不確定性要素となってきた。そこで我々はこれまで大気突入時の熱防護材の触媒効率を評価するために低圧から高圧までプラズマ生成可能なマイクロ波型触媒性計測装置を開発してきた。しかしながらこれまで用いてきたアクチノメトリー法は衝突励起と放射繊維が釣り合うコロナ平衡を仮定しているため高圧条件下では触媒効率を評価することが困難であった。
そこでH.24年度においてはアルゴン酸素プラズマ気流において高圧条件（2.2kPa）に対してはレーザー誘起蛍光法を適用することによって直接基底順位酸素原子数密度を測定した。また低圧条件(18Pa)に対してはアクチノメトリー法を適用し気流中の酸素原子数密度分布を計測することによって様々な試験片表面における酸素原子触媒効率の圧力依存性を評価した。その結果、圧力増加に従って触媒効率が減少することを実験的に解明することができた。これは圧力増加に伴う酸素原子数の増加により材料表面に吸着された原子同士の再結合であるLangumuir-Hinshelwood再結合が増加したためと考えられる。また参照セルに対してもレーザー誘起蛍光法を同時に適用することによって気流中温度、速度分布を取得するシステムを構築した。
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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
マイクロ波型触媒性計測装置の気流診断を行うために発光分光法、レーザー誘起蛍光法をそれぞれ適用し気流中の励起準位発光強度、並進温度、酸素原子数密度を求めその結果、触媒効率の圧力依存性を評価できており、当初の予定通り進捗していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素原子の触媒効率の評価、圧力依存性については昨年度達成できた。そこで本年度は窒素原子に対してレーザー誘起蛍光法、発光分光法、レーザー吸収分光法を適用し、窒素原子触媒効率を評価する。また表面藩王モデルを組み入れた数値解析コードの開発も進行中であり、実験結果と比較、融合することによって低圧環境から高圧環境まで幅広い圧力領域に対して適用可能な酸素原子、窒素原子の触媒性再結合反応の理論モデル構築に取り組む。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
なし
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[Presentation] Experimental Study for Evaluating Pressure Dependency of Atomic Oxygen Catalytic Efficiency on TPS Surface
Author(s)
Suzuki, S., Mizuno, M., Takayanagi, H., Fujita, K., Matsui, M., and Yamagiwa, Y.
Organizer
51st AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition
Place of Presentation
Gaylord Texan Resort and Convention Center,Texas, USA
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[Presentation] Translational temperature distribution measurements in high enthalpy flows by Laser-Induced Fluorescence
Author(s)
Takayanagi, H., Kato, S., Mizuno, M., Fujii, K., Matsui, M., and Fujita, K.
Organizer
51st AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition
Place of Presentation
Gaylord Texan Resort and Convention Center,Texas, USA
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