超軌道再突入に対する非平衡空気力学

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694165
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西田 迪雄 九州大学, 工学研究院, 教授 (10025968)
• 研究分担者: 鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10226508) ; 安部 賢一 九州大学, 工学研究院, 助教授 (20315104) ; 安部 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 / アブレーション

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。前年度はカプセル周りのこのような熱化学的非平衡流をVSL法により解析したが、今年度はその結果を基に、アブレーション冷却を含めた解析を行い、アブレーション冷却が有効に作用するカプセル表面温度の範囲を明らかにした。
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。上記のアブレーション冷却を含めた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、Cスワンバンドのスペクトルが検出されることを予測できた。

研究成果

• [文献書誌] Hirakawa,M.,Ichige,K.,Nishida,M.: "Experiments of Arc-Heated Plasma Flow Characteristics"Proc.26^<th> Int.Electric Propulsion Conf.. 146-153 (2000)
• [文献書誌] Hyakutake,T.,Nishida,M.: "DSMC Simulation of Parallel, Oblique and Normal Free Jet Impingement on a Flat Plate"Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences. Vol.43,No.139. 1-7 (2000)
• [文献書誌] Doihara,R.Nishida,M.: "Aerodynamic Heating during Atmospheric Entry of OREX"Proc.3^<rd> Asian-Pacific Conf.on Aerospace Technology and Science. 120-125 (2000)
• [文献書誌] Fujita,K,Abe,T.: "Assessment of Rotational Nonequilibrium Impact on the Aerodynamic Heating Rate"AIAA Paper. AIAA 2000-2588 (2000)
• [文献書誌] Abe,T.,Sato,S.,Yamamoto,K.,Matsukawa,Y: "Experimental Investigation of Dynamically Unstable Motion of Reentry Capsule"AIAA Paper. AIAA 2000-2589 (2000)
• [文献書誌] Suzuki,K.: "Trajectory-based Coupled Analysis of Stagnation Shock Layer and Ablator Interor for Mars Entry Vehicle"Proc.22nd International Symposium on Space Technology and Science, Morioka, 2000. 1022-1028 (2000)
• [文献書誌] 鈴木宏二郎,田辺義慶,山田和彦,越野勝一郎,本郷素行: "極厚デルタ形状リフティングボディーの超音速大迎角空力特性"日本航空宇宙学会誌. 48巻,561号. 549-553 (2000)
• [文献書誌] 右田俊介,鈴木宏二郎: "ダストを含む超音速流中の鈍頭物体衝撃層に関する数値解析"日本航空宇宙学会論文集. (印刷中). (2001)