超軌道再突入に対する非平衡空気力学

2001 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・新領域創成科学研究科, 助教授 (10226508) ; 安倍 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

1.超軌道再突入カプセルの非平衡衝撃層の構造解明
地球引力圏外から地球大気圏へ超軌道速度で帰還する宇宙飛行体周りの高温熱化学的非平衡衝撃層の構造をVSL法(Viscous Shock Layer法)により数値解析を行い壁面熱流束を算出した。さらに輻射熱流束とそのスペクトルを求めたところ、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。
2.アブレーション冷却
アブレーション冷却を含めたVSL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。アブレーションガスの輻射スペクトルを調べ、Cスワンバンドのスペクトルが検出されることが予測できた。
3.超軌道再突入体に生じる強い衝撃波構造の解明
一次元イメージング分光法と定点瞬間分光法を発展させ、衝撃波背後の高温領域での電子密度、およびその流れ方向の分布を測定する手法を確立した。その結果、衝撃波直後では従来のモデルが予想するよりも急速に電離が進行することがわかった。また、これまでに開発された衝撃波背後の電子密度分布の測定手法を発展させ、いろいろな条件下での電離特性をしらべた。速度が遅い領域では従来のモデルは比較的良い一致を示すが、超軌道速度域では衝撃波背後で電離が急激に起ることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] R.Doihara, M.Nishida: "The VSL Analysis of the Flow Field over a Super Orbital Reentry Capsule"Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Science. Vol.44 No.144. 73-81 (2001)
• [文献書誌] R.Doihara, M.Nishida: "A Thermochemical Nonequilibrium Flow around a Super Orbital Reentry Capsule"Rarefied Gad Dynamics (22nd International Symposium, Sydney, Australia) (American Institute of Physics). 715-722 (2001)
• [文献書誌] K.Fujita, A.Matsuda, S.Sato, T.Abe: "Precursor Electron Density Measurement ahead of Strong Shock Waves"Rarefied Gad Dynamics (22nd International Symposium, Sydney, Australia) (American Institute of Physics). 780-786 (2001)
• [文献書誌] K.Fujita, S.Sato, T.Abe, A.Matsuda: "Electron Temperature and Density Measurement ahead of Strong Shock Waves"AIAA 2001-2765, 35th AIAA Thermophysics Conference. (2001)
• [文献書誌] H.Otsu, N.Kanai, K.Fujita, T.Abe: "Effect of Models for Transport Properties on the Hypersonic Reentry Heating Environment"AIAA 2001-2831, 35th AIAA Thermophysics Conference. (2001)
• [文献書誌] K.Suzuki, K.Koshino, K.Fukuta: "Numerical and Experimental Studies on Aerodynamic Heating Augmentation Induced by Gaps on Surface of Hypersonic Vehicle"Proc.1st Taiwan-Japan Workshop on Mech.and Aerospace Eng.. 451-460 (2001)