惑星探査への気体力学の先端的応用

• 研究課題/領域番号: 08305036
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 阿部 隆士 (安部 隆士) 宇宙科学研究所, 宇宙輸送研究系, 教授 (60114849)
• 研究分担者: 藤原 俊隆 名古屋大学, 工学部, 教授 (90023225) ; 高山 和喜 東北大学, 工学部, 教授 (40006193) ; 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968) ; 鈴木 宏二郎 東京大学, 工学系, 助教授 (10226508) ; 雛田 元紀 Research Division for Space System Engineering (10013674) ; 麻生 茂 九州大学, 工学部, 助教授 (40150495) ; 久保田 弘敏 東京大学, 工学系, 教授 (30114466) ; 中島 俊 宇宙科学研究所, システム系, 教授 (30013741) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体研, 助教授 (40215752) ; 西川 進栄 千葉大学, 工学部, 教授 (80009753) ; 松野 謙一 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (70252541) ; 中村 佳朗 名古屋大学, 工学部, 教授 (80115609) ; 中橋 和博 東北大学, 工学部, 教授 (00207854) ; 辛島 桂一 宇宙科学研究所, 宇宙輸送系, 教授 (80013639) ; 本間 弘樹 千葉大学, 工学部, 教授 (90009233) ; 藤井 孝蔵 宇宙科学研究所, 宇宙輸送系, 助教授 (50209003) ; 林 光一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (60156437) ; 新井 紀夫 東京農工大学, 工学部, 講師 (20126288) ; 山本 恭二 岡山大, 工学部, 教授 (80026103) ; 曽我 丈雄 名古屋大学, 工学部, 教授 (00023284) ; C Park 東北大学, 工学部, 教授 (30271612)
• 研究期間 (年度): 1996 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 26,400千円 (直接経費: 26,400千円); 1998年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 1997年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円); 1996年度: 15,000千円 (直接経費: 15,000千円)
• キーワード: planetary exploration / reerty / hypersonic flow / non-equilibrium flow / heat shield / Peretvator / ram accelerator / reentry / penetrator / 惑星探査 / 再突入体 / 気体力学 / 高温非平衝流 / 耐熱構造 / 高温プラズマ / ラム加速 / ペネトレータ / 高温非平衡流

研究概要

現在研究開発が進行している宇宙科学研究所のMUSES-C計画の再突入カプセルに関した研究、及び、将来の惑星探査を目指した研究が進められた。
再突入カプセルの飛行環境予測では、特に、その飛行環境に特徴的な強い衝撃波により生成される高温プラズマからの輻射や、解離反応等の非平衡流れの空力加熱への影響、さらに、高温プラズマと耐熱材料との干渉のメカニズム、その空力加熱量への影響が調べられた。また、飛行環境に特徴的な強い衝撃波を実験的に再現しその背後での非平衡流構造を計測することにより、従来の非平衡流モデルの修正を促す現象を見い出した。それらを総合して、全飛行経路に沿った空力加熱量の予測を行うと共に、再突入カプセルの飛行環境を明確にし、その耐熱防御構造に対するデザイン要求を明確にした。また、このような再突入カプセルの実証実験についての検討が進められた。
将来の惑星探査を目指した研究としては、大気を有する惑星へのペネトレータ投入に関して、その気体力学的観点からシステムの検討を行い、デザイン要求を明確にした。
また、月探査における採取物の輸送に関連して、ラム加速についての研究が進められ、ラム加速が実験的に確認した。将来必要となるインレットに関する新たな数値解析の手法を完成させ、その妥当性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] S.V.Zhluktov, and T.Abe: "Viscous Shock-Layer Simulation of Airflow past Ablating Blunt Body with Carbon Surface" J.Thermophysics and Heat Transfer. 13(1). 50-59 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 阿部隆士: "「希薄気体力学:実験と数値計算」報告ならびに最近の宇宙機関連の希薄気体力学の発展について" 日本航空宇宙学会誌. 46. 322-326 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Suzuki, H.Kubota K.Fujita, and T.Abe: "Chemical Nonequilibrium Stagnation Ablation Analysis of MUSES-C Superorbital Re-Entry Capsule" J.Spacecraft and Rockets. 35(3). 407-409 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.Park, and H.-K.Ann: "Stagnation-Point Heat Transfer Rates for Pioneer-Venus Probes" J.Thermophysics and Heat Transfer. 13(1). 33-41 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Nishida,and M.Matsumoto: "Thermochemical Nonequilibrium in Rapidly Expanding Flows of High-Temperature Air" Zeitschrift fuer Naturforschung. 52a. 358-368 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Hamamoto,H.Kawazoe,Y.Nakamura,N.Arai,and K.Kitazawa: "Spectroscopic Study of High Enthalpy Flow around a Blunt Body in Arc-heated Wind Tunnel" J.Energy Conversions and Management. 38(10-13). 1177-1186 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.V.Zhluktov, and T.Abe: ""Viscous Shock-Layer Simulation of Airflow past Ablating Blunt Body with Carbon Surface."" J.Thermophysics and Heat Transfer. Vol.13, No.1. 50-59 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Abe: ""A report on the symposium" Rarefied Gas Dynamics : Expeiment and Numerical Analysis "and on recent development of rarefied gas dynamics related to spacecraft"" Journal of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, in Japanese. Vol.46. 407-409 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Suzuki, H.Kubota, F.Fujita, and T.Abe: ""Chemical Nonequilibrium Stagration Ablation Analysis of MUSES-C Superorbital Re-Entry Capsule"" J.Spacecraft and Rockets. Vol.35, No.3. 407-409 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.Park, and H.-K.Ann: ""Stagnation-Point Heat Transfer Rates for Pioneer-Venus Probes."" J.Thermophysics and Heat Transfer. Vol.13, No.1. 33-41 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Nishida, and M.Matsumoto: ""Thermochemical Non-equilibrium in Repidly Expanding Flows of High-Temperature Air"" Zeitschrift fuer Naturforschung. Vol.52a. 358-368 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Hamamoto, H.Kawazoe, Y.Nakamura, N Arai, and K.Kitazawa: ""Spectroscopic study of High Enthalpy Flow aroung a Blunt Boky in Ace-heated wind Tunnel."" J.Energy Conbersions and Management. Vol.38, No.10-13. 1177-1186 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S V.Zhluktov,and T.Abe: "Viscous Shock-Layer Simulation of Airflow past Ablating Blunt Body with Carbon Surface" J.Thermophysics and Heat Transfer. 13(1). 50-59 (1999)
• [文献書誌] 安倍隆士: "「希薄気体力学:実験と数値計算」報告ならびに最近の宇宙機関連の希薄気体力学の発展について" 日本航空宇宙学会誌. 46. 322-326 (1998)
• [文献書誌] K.Suzuki,H Kubota.K.Fujita,and T.Abe: "Chemical Nouequilibrlum Stagration Ablation Analysis of MUSES-C Superorbital Re-Entry Capsule" J.Spacecraft and Rockets. 35(3). 407-409 (1998)
• [文献書誌] C.Park.and H.K.Ahn: "Stagnation-Point Heat Transfer Rates for Pioneer-Venus Probes" J.Thermophysics and Heat Transfer. 13(1). 33-41 (1999)
• [文献書誌] M.Nishida,and M.Matsumoto: "Thermochemical Nonequilibrium in Rapidly Expanding Flows of High-Temperature Air" Zeitschrift fuer Naturforschang. 52a. 358-368 (1997)
• [文献書誌] N.Hamamoto,H.Kawazoe,Y.Nakamura.N.Arai,and K.Kitazawa: "Spectroscopic Study of High Enthalpy Flow around a Blunt Body in Arc-heated Wind Tunnel" J.Energy Conversions and Management. 38(10-13). 1177-1186 (1997)
• [文献書誌] K.Suzuki, H.Kubota, K.Fujita,and T.Abe: "Chemical Nonequilibrium Ablation Analysis of MUSES-C Super-orbital Reentry Capsule" AIAA paper 97-2481. (1997)
• [文献書誌] K.Fujita, K.Suzuki,and T.Abe: "Air Radiation Analysis of Super-orbital Reentry Vehicle" AIAA paper 97-2561. (1997)
• [文献書誌] K.Nakahashi,and E.Saitoh: "Space-Marching Method on Unstructured Grid for Supersonic Flows with Embedded Subsonic Regions" AIAA Journal. 35(8). 1280-1285 (1997)
• [文献書誌] D.Sharov,and K.Nakahashi: "Hybrid prismatic/Tetrahedral Grid Generation for Viscous Flow Applic ations" AIAA Journal. 36(2). 157-162 (1998)
• [文献書誌] 森田敏博, 松浦芳樹, 桜井成昭, 堤枝ジョージ, 前野一夫, 本間弘樹: "空気中の強い衝撃波背後の発光特性(第一報)全放射発光形態" 日本航空宇宙学会誌. 45(523). 453-457 (1997)
• [文献書誌] T.Morioka, N.Sakurai, K.Maeno,and H.Honma: "Imaging Spectroscopy of Radiation Behind Strong Shock Waves in Air" Theoretical and Applied Mechanics. 46. 307-315 (1997)
• [文献書誌] K.Teshima: "An experimental Study and DSMC Simulation of rarefled supersonic jets" Rarefied Gas Dynamics.ed.by C.Shen,Beijin University Press. 567-572 (1997)
• [文献書誌] K.Teshima: "Velocity measurements of tree jets using nuclear hyperfine structure of I_2" JSME International Journal Series B. 40(3). 501-508 (1997)
• [文献書誌] 松野謙一, 荒賀隆, 里深信行: "二次元遷音速風洞内翼型模型周りの流れ場の数値シミュレーション" 日本航空宇宙学会誌. 45(524). 511-519 (1997)
• [文献書誌] 廣瀬隆司, 松野謙一, 里深信行: "風上差分法を用いた双曲型格子形成法と格子直交性の検討" 日本機械学会論文集B編. 63(615). 3627-3533 (1997)
• [文献書誌] K.Yamamoto,and K.Yamashita: "Analysis of the couette flow based on the molecular dynamics study for gas-wall interaction" Rarefied Gas Dynamicd (ed.C.Shen). 375-380 (1997)
• [文献書誌] K.Yamamoto,and K.Yamashita: "Molcular dynamics study of gas flow through a micro-pore" Rarefied Gas Dynamicd (ed.C.Shen). 593-598 (1997)
• [文献書誌] N.Arai, S.Kawano,and N.Gon-Mori: "Flow field around a Concave body in Low Speed" The 4th KSME-JSME Fluids Engineering Conference. (1998)
• [文献書誌] T.Abe: ""Derivation of the Lattice Boltzmann Method by Means of the Discrete Ordinate Method for the Boltzmann Equation,"" Journal of Computational Physics. in press. (1997)
• [文献書誌] T.Abe: ""Rupture Disk-less shock-tube with compressin tube driven by free piston,"" Shock Waves,. in press. (1997)
• [文献書誌] 松本尚之・西田迪雄・山本靖人: "超音速非平衡自由噴流の計算に及ぼす温度モデルの効果" 日本機械学会論文集(B編). 62-600. 3058-3063 (1996)
• [文献書誌] K.Suzuki,H.Kubota,K.Fujita,T.Abe: "Numerical Analysis of Aerodynamic Heating on MUSES-C Reentry Capsule," Paper 96-d-25,Proc.20th Int.Symp.on Space Tech.and Sci.
• [文献書誌] K.Matsuno: "Actual Numerical Accuracy of an Iterative Scheme for Solving Evolution Equations with Application to Boundary-Layer Flow." Trans. of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences,. 38-122. 311-322 (1996)
• [文献書誌] A.Sasoh,A.J.Higgins,C.Knowlen,A.P.Bruckner: "Hollow Projectile Operation in the Ram Accelerator" Journal of Propulsion and Power. 12-6. 1183-1186 (1996)