| 研究課題/領域番号 |
11450376
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (10226508)
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| 研究分担者 |
綿貫 忠晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00182965)
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| キーワード | 再使用型宇宙輸送システム / 垂直離着陸ロケット / 噴流 / 地面効果 / 空力特性 / 数値流体力学 |
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| 研究概要 |
次世代再使用宇宙輸送システムの有力候補である垂直離着陸型ロケットでは、着陸時の逆噴射でジェットと地面および機体底面が空力的干渉を起こし、機体に下向き空気力が発生する。その空気力は地面に近づくほど増大し、逆噴射ロケットによる上向き推力を打ち消すに至る可能性がこれまでの研究により明らかになっている。
本年度の実験では、昨年度用いた装置を改良し、機体底面に噴射口が1つある場合(シングル)と4つの場合(マルチ)について機体底面圧力分布計測を行った。その結果、1)噴流による機体底面の流れ場は地面に近づくに従い「周辺大気吸い込み型」から「機体底面渦閉じ込め型」に遷移する、2)下向き空気力低減法として、「吸い込み型」流れでは機体底面外縁をカットし噴流の放出を促進することが、「渦閉じ込め型」流れでは地面にラフネスを付け底面渦を弱めることが有効である、3)マルチでは噴流に誘起された流れ同士が衝突して淀むため機体底面圧が上昇し、シングルに比べ下向き空気力の発生が弱い、ことが明らかになった。
数値シミュレーションは、実験と同一の形状に対して軸対称および3次元非定常圧縮性Navier-Stokes方程式を差分法で解くことによって行われた。計算結果は実験事実をよく再現するものであった。シミュレーションで得られた流れ場を詳細に検討することで、1)地面に衝突するジェットがつくる流れは本質的に非定常であり、非定常性を考慮しないと本現象のメカニズムは説明できない、2)ジェット界面ではその不安定性と地面衝突の音波発生がフィードバックループを作り周期的に渦が発生する、3)この渦が地面と干渉し機体底面下を対流していくことで特徴的流れ場構造が形成される、4)地面に衝突して上向きにはね返った渦が機体底面にぶつかるか否かで「渦閉じ込め型」か「吸い込み型」かのパターンが決まる、ことが明らかになった。
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