超軌道再突入に対する非平衡空気力学

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694165
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西田 迪雄 九州大学, 工学研究科, 教授 (10025968)
• 研究分担者: 鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10226508) ; 安部 賢一 九州大学, 工学研究科, 助教授 (20315104) ; 安倍 隆士 宇宙科学研究所, 宇宙輸送研究系, 教授 (60114849)
• キーワード: 再突入 / 極超音速流 / 宇宙往還機 / 非平衡流 / 空力加熱 / 壁面触媒性 / 衝撃波 / 超軌道再突入

研究概要

以下の研究成果を得た。
1.宇宙科学研究所が計画している小惑星サンプルリターン計画「MUSES-C」の帰還カプセルが地球大気圏へ秒速10.5kmの速度で突入する際、カプセル前面に非常に強い衝撃波が発生し、衝撃波とカプセル壁面との間の衝撃層の空気温度は1万度以上に上昇する。そのため空気の構成分子である窒素、酸素が解離、電離する。このような高温空気の流れ場をVSL(Viscous Shock Layer法)により、数値解析を行い、壁面熱流束を算出した。その際衝撃層で生じている化学反応は非平衡であるとし、また、並進・回転温度、振動温度、電子温度は互いに異なるとする3温度モデルによる熱非平衡を考慮している。さらに、並進・回転温度と振動・電子温度からなる2温度モデルを用いた壁面熱流束を算出し、3温度モデル結果と比較して、温度モデル(熱非平衡モデル)効果について調べている。
2.超軌道再突入空力加熱では、地球周回軌道からの再突入時の空力加熱に比べて、輻射熱流束の効果が非常に強いと予測される。上記の VSL 法による衝撃層解析の結果を用いて、本研究の分担者の1人が開発した数値スペクトル解析コードを用いて、予測されるスペクトルを求めた。紫外、真空紫外領域に非常に強い輻射があり、それらはN,O,N^+の線スペクトルであることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] 平川 誠,市毛敬介,西田迪雄,武石賢一郎,松浦正昭: "触媒性壁面への熱流束予備試験"日本航空宇宙学会論文集. 47巻 548号. 357-360 (1999)
• [文献書誌] S. Kuchi-Ishi and M. Nishida: "Numerical Simulation of a Nitrogen Arcjet Thruster"Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Science. Vol.42 No.136. 357-360 (1999)
• [文献書誌] H. Otsu,K. Suzuki,K. Fujita,T. Abe: "Effect of Ablative Gas on the Radiative Environment around the MUSES-C Reentry Capsule"AIAA 99-3463. (in press). (1999)
• [文献書誌] K. Fujita,T. Abe,S. Sato,T. Otsu,Y. Ebinuma,: "Electron Density Measurement behind a Shock Wave by Means of Hβ Line Profile Matching"AIAA 99-3684. (in press). (1999)
• [文献書誌] K. Fujita,S. Sato,T. Abe,: "Transient Temperatures and Electron Density Measurement behind a Strong Shock Waves"ISSW 22 Paper 4990. (in press). (1999)
• [文献書誌] K. Matsuura,K. Funabiki,T. Abe: "Detection of Propagation g Wave Fronts by Means of ∂ρ/∂t Plots and Short-time-interval Interferometry"ISSW 22 Paper 2910. (in press).
• [文献書誌] T. Abe,K. Fujita,H. Ogawa,K. Funaki: "Microwave Telemetry Breakdown Caused by Rocket Plume,"IEPC 99-241. (in press). (1999)
• [文献書誌] K. Suzuki,N. Fujimatsu: "Application of CIP Method to Viscous Supersonic and Hypersonic Flow Analysis around Aerospace Vehicles"Comp. Fluid Dyn. J.. Vol.8,No.1. 113-120 (1999)