| 研究課題/領域番号 |
20K04923
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
山田 剛治 東海大学, 工学部, 准教授 (90588831)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 衝撃波 / 衝撃波管 / アルゴンプラズマ / 連続スペクトル / 電子温度 / 電子密度 / プリカーサ / CFD / 衝突輻射モデル / アルゴン / プリカーサ現象 / 惑星大気突入 / 背面空力加熱 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大気突入カプセルの空力加熱環境を正確に予測することは、適切な熱防御材料を開発するために重要である。本研究では、加熱環境の予測精度が十分でないカプセル背面部の空力加熱率を高精度に予測することを目指して、衝撃層前方で生じるプリカーサ現象が衝撃層内流れに及ぼす影響を明らかにすることで高精度な解析モデルを開発するものである。
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| 研究実績の概要 |
本研究ではプリカーサ現象が大気突入カプセル背面の空力加熱率へ及ぼす影響を明らかにするために、衝撃波管で生成された衝撃波背後のアルゴンプラズマを対象に研究を実施した。最初に衝撃波前方領域で生じるプリカーサ現象を組み込んだ1次元数値流体力学計算コードを改良して精緻化を行った。これよりプリカーサ現象の有無により衝撃波背後の熱化学過程に差異が生じることが明らかになった。また原子衝突過程を組み込んだアルゴン衝突輻射モデルを新たに開発して、衝撃波背後で計測したアルゴン原子スペクトルの解析に適用した。これより衝撃波背後のアルゴンプラズマの特性量（電子温度、電子密度、原子密度、原子温度）の空間分布特性を取得することに成功して、開発したCFDコードにより数値解析結果ともよい一致が得られた。さらに連続スペクトルを利用した簡易的な電子温度評価手法を構築した。
最終年度は、築した連続スペクトルを利用した電子温度評価手法を様々な実験条件で取得したスペクトルに適用した。連続スペクトルの主要因である自由電子と中性原子間の制動放射の他に自由電子とイオン間の制動放射及び再結合放射も考慮してモデルの精緻化を行った。その結果、衝撃波後方領域においてCFDとの一致性が改善した。また衝突輻射モデルにより得られた電子温度ともよい一致を示しており、本手法が衝撃波背後の非平衡プラズマ流においても有効であることが明らかになった。
さらに電子密度評価もできるようにするために、分光計測システムの絶対強度較正を実施した。これより計測した連続スペクトルに数値スペクトルをフィッティングすることにより電子温度と電子密度を得ることが可能となった。
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