| 研究課題/領域番号 |
21K04487
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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 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
小澤 宇志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (70567544)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 航空宇宙工学 / 希薄気体力学 / 希薄風洞 / DSMC / MD / 数値解析 / MD解析 / 極超音速流 / 極超音速希薄気体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大気突入カプセルや超低高度衛星に生じる空力、空気吸込式イオンエンジンのインテーク性能は物質表面係数(気流の組成・表面物性及び表面粗さに依存する係数)に依存する．本研究では，希薄空力予測精度の向上を目指して，MD解析によりミクロな視点で希薄空力の表面粗さ依存性現象を解明するとともに，極超音速希薄空力計測によりマクロな表面係数依存性を解明する．さらに，得られたデータを用いてより正確で新しい表面モデルを構築することで，数値解析による希薄空力予測精度を向上させ，大気突入カプセルや超低高度衛星等の軌道制御システムの信頼性の向上を目指すものである．
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| 研究成果の概要 |
本研究は、極超音速希薄風洞実験と数値解析を行うことにより、極超音速希薄気体空力現象の計測手法を確立し、物質表面係数及び表面粗さ依存性を評価することによる希薄空力予測精度の向上を目的とする。本研究では、数値解析による形状検討の結果、透過型チューブ模型を用いることで、表面係数物質依存性・表面粗さ依存性の影響評価が可能であることがわかった。希薄風洞実験との比較検証の結果、拡散反射比が高い解析結果と一致が見られた。また、MD表面反射解析コードを開発し、表面を模擬した粒子表面衝突システムを構築した。表面微細加工を用いることによって、依存性を制御できる可能性を見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
希薄気体領域の空力特性予測は、これまで粒子数値解析に依存してきており、表面モデル依存性が重要な課題である。本研究は数値解析と実験の双方のアプローチを用いることにより、表面係数依存性・表面微細形状依存性の解明を目指すものであり、世界的に見ても例がなく、重要なデータと知見を得ている。超低軌道衛星や大気吸込型イオンエンジンの開発等の希薄流領域を利用するミッションの実現に向けて、希薄空力特性評価技術の向上は必要不可欠であり、本研究結果はこれらのミッションの実現に寄与すると考えられる。
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