電磁力を用いた革新的エアロキャプチャー技術の数値解析的検討

• 研究課題/領域番号: 22760624
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 葛山 浩 山口大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (80435809)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2012年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2011年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2010年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 惑星突入流れ / アエロブレーキング / 希薄流 / 電磁流体力学 / Aerobraking / Atmospheric entry / Magnetohydrodynamics / Rarefied flow / DSMC / CFD / エアロキャプチャー / 再突入流れ / 希薄気体力学 / 宇宙輸送工学 / 電磁力流れ制御

研究概要

電磁力エアロキャプチャーの実現性を検証するため、粒子計算を行った。その結果、高々度の極超音速希薄再突入流れ中で、十分に大きい抗力増加と熱流束の減少が達成でき、電磁力を用いたブレーキングが十分に可能であることが分かった。この成果を受け、電磁力発生の高度依存性を連続流計算を用いて定量的に調べた。結果として、地球突入の際には、高度 82km 程度以下で非常に大きな電磁力を得られるが、それより高度が高くなると雪崩電離が起きなくなるため、電磁力が発生できなくなる可能性がある事がわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Thermochemical Nonequilibrium Modeling of a Low-Power Argon Arcjet (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, and T. Abe
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol. 113, No. 5 号: 5 ページ: 53304-53304
  • DOI: 10.1063/1.4776765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoaerodynamic Force on a Magnetized Body in a Partially-Ionized Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kawamura, Y. Nagata, H. Katsurayama, H. Otsu, K. Yamada, and T. Abe
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: Vol. 50, No. 2 号: 2 ページ: 347-351
  • DOI: 10.2514/1.a32279
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Field Configuration Effect on Aerodynamic Heating of a Magnetized Body (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kawamura, H. Katsurayama, H. Otsu, K. Yamada, and T. Abe
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: Vol. 49, No. 2 号: 2 ページ: 207-211
  • DOI: 10.2514/1.a32116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Investigation of a Drag Increase Achievable in Electrodynamic Aerobraking of a Reentry Vehicle (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, and T. Abe
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: Vol. 1501 ページ: 1477-1484
  • DOI: 10.1063/1.4769713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle Simulation of Electromagnetic Aerobraking in a Hypersonic Rarefied Regime (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, and T. Abe
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: Vol. 1333 ページ: 1301-1306
  • DOI: 10.1063/1.3562823
  • 査読あり
• [学会発表] 極超音速希薄遷移流れ中での電磁力エアロブレーキングの粒子計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩,安部隆士
  • 学会等名: 平成 24 年度衝撃波シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 北九州
• [学会発表] 極超音速希薄遷移流れ中での電磁力エアロブレーキングの粒子計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩
  • 学会等名: 平成24年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 北九州国際会議場（北九州市）
• [学会発表] Numerical Investigation of Rarefied Effects on Electrodynamic Aerobraking in a Hypersonic Continuum-Rarefied Transitional Regime (2013)
  • 著者名/発表者名: H Katsurayama
  • 学会等名: 44th AIAA Plasmadynamics and Laser Conference
  • 発表場所: San Diego (USA)
• [学会発表] 電磁力を用いたエアロブレーキングの粒子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩
  • 学会等名: 平成23年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学(柏市)
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] Effect of the Strong Magnetic Field on the Electrodynamic Heat Shield System for Reentry Vehicles (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Otsu, H. Katsurayama, D. Konigorski, and T. Abe
  • 学会等名: 43rd AIAA Plasmadynamics and Laser Conference
  • 発表場所: Orleans, Louisiana, USA
• [学会発表] 電磁力を用いたアロブレーキングの粒子シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩,安部隆士
  • 学会等名: 平成 23 年度衝撃波シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] Effect of the Strong Magnetic Field on the Electrodynamic Heat Shield System for Reentry Vehicles (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Otsu
  • 学会等名: 43rd AIAA Plasmadynamics and Laser Conference
  • 発表場所: Orleans (USA)
• [学会発表] ハヤブサ形状カプセルの極超音速希薄流れ中での電磁力ブレーキングの数値解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩
  • 学会等名: 平成23年年度宇宙航行の力学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所(相模原市)
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] Particle Simulation of Electrodynamic Aerobraking on a Reentry Capsule (2011)
  • 著者名/発表者名: Katsurayama, H.
  • 学会等名: 28th ISTS
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(沖縄)
  • 年月日: 2011-06-10
• [学会発表] 電磁力を用いたエアロブレーキングのDSMC解析による予備的調査 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩
  • 学会等名: 平成22年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県青山大学
  • 年月日: 2011-03-17
• [学会発表] ハヤブサ形状カプセルの極超音速希薄気体流れ中での電磁力ブレーキングの数値解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩,安部隆士
  • 学会等名: 平成 23 年宇宙航行の力学シンポジウム論文集
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] DSMC Simulation of Electrodynamic Aerobraking on a Reentry Capsule in a Hypersonic Rarefied Regime (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, T. Abe, and D. Konigorski
  • 学会等名: 42nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
• [学会発表] Impact of the Lift Force by Electrodynamic Flow Control on the Reentry Trajectory (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Otsu, H. Katsurayama, D. Konigorski, T. Abe
  • 学会等名: 42nd AIAA Plasmadynamics and Laser Conference
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
• [学会発表] Particle Simulation of Electrodynamic Aerobraking on a Reentry Capsule (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, and T. Abe
  • 学会等名: 28th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Okinawa, Japan
• [学会発表] 電磁力を用いたエアロブレーキングの DSMC 解析による予備的調査 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩,安部隆士
  • 学会等名: 平成 22 年度衝撃波シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 相模原(東日本大震災のため,講演集のみ発行し,講演会は中止)
• [学会発表] DSMC Simulation of Electrodynamic Aerobrakingon a Reentry Capsule in a Hypersonic Rarefied Regime (2011)
  • 著者名/発表者名: Katsurayama, H.
  • 学会等名: 42nd AIAA Plasmadynamics and Lasaers Conference
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] 電磁力を用いた新しいエアエキャプチャーの粒子シミュレーションによる検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩
  • 学会等名: 第54回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 電磁力を用いた新しいエアロキャプチャーの粒子シミュレーションによる検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 葛山浩,安部隆士
  • 学会等名: 第54回宇宙科学技術連合講演会論文集
  • 発表場所: 静岡
• [学会発表] Particle Simulation of Electrodynamic Aerobraking on a Reentry Capsule (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Katsurayama, and T. Abe
  • 学会等名: 41st Plasmadynamics and Lasers Conference
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
• [学会発表] Particle Simulation of Electrodynamic Aerobraking on a Reentry Capsule (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsurayama H.
  • 学会等名: 41st AIAA Plasmadynamics and Laser Conference
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Particle Simulation of Electrodynamic Aerobraking in a Hypersonic Rarefied Regime (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsurayama H.
  • 学会等名: 27th International Symposium ofnRarefied Gas Dynamics
  • 発表場所: Pasitic Grove, USA