双曲線軌道用デトネーション駆動型高エンタルピーイクスパンションチューブの試作研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555273
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 麻生 茂 九州大学, 工学研究院, 教授 (40150495)
• 研究分担者: 滝 史郎 広島大学, 工学部, 教授 (20020240) ; 利光 和彦 九州大学, 工学研究院, 助手 (10180150) ; 西田 迪雄 九州大学, 工学研究院, 教授 (10025968) ; 藤原 俊隆 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023225)
• キーワード: デトネーション / イクスパンションツーブ / 高エンタルピー流 / 超軌道速度 / 双曲線軌道 / 空力加熱 / サンプルリターン / 突入体

研究概要

サンプルリターンミッションや火星や木星大気への突入体が双曲線軌道飛行体の地球大気及び惑星大気への突入において飛行体へ加わる最大空力加熱時には、飛行体先端部におけるマッハ数20以上、衝撃波背後の気体温度1万度以上となり、著しい高温効果(解離、振動エネルギー、電子エネルギー、化学非平衡、温度非平衡など)を伴う。このために地上で飛行環境に近い条件で実験を行い、飛行体の空力加熱率分布や圧力分布を調べるための試験装置が必要がある。
本研究の目的は、このような飛行環境を作り出す新しい試験装置として、デトネーション駆動で得られた強い衝撃波をそのままイクスパンションューブヘ導き、加速することにより、気体の解離をほとんど伴わない、寸法の大きさによる影響(バイナリースケーリング)を除けば大気再突入の正確な空力加熱実験が再現できる装置を試作研究することにある。
前年度は、イクスパンションチューブの駆動特性の研究とデトネーション駆動部に対する理論的検討を行い、イクスパンションチューブ内で最大衝撃波マッハ数34.5、試験気体流速の推定値として9.8km/sを達成し、またデトネーション駆動部に対する動作特性を把握した。
今年度は、
1)デトネーション駆動型高圧発生装置を試作するために、デトネーションを発生させるためのイニシエーション管の役割について明らかにするとともに、イニシエーション管付きデトネーション管からなるデトネーション駆動型高圧発生装置により高温高圧の駆動気体を発生させることに成功した。
2)試作したデトネーション駆動型高圧発生装置に衝撃波管を接続することにより、衝撃波マッハ数7.4を達成した。駆動気体へのヘリウム希釈を高めることによりこの値はさらに上昇する。
以上、当該研究課題について当初計画していた内容をほぼ達成できた。

研究成果

• [文献書誌] 溝口 誠, 深見知也, 麻生 茂, 利光和彦: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性に関する研究"九州大学工学集報. 73・5. 593-598 (2000)
• [文献書誌] 麻生 茂: "完全再使用型宇宙住還機開発におけるCFDへの期待"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2000. (2000)
• [文献書誌] A.Matsumoto, S.Aso: "Nonequilibrium Effects on Shock Wave/Boundary Layer Interaction in High Enthalpy Flow"1st International Conference on Computational Fluid Dynamics (held at Kyoto, Japan). (2000)
• [文献書誌] 溝口 誠, 深見知也, 林 健太郎, 利光和彦, 麻生 茂: "フリーピストン衝撃風洞駆動部の特性について"第32回流体力学講演会講演集. 67-70 (2000)
• [文献書誌] 麻生 茂: "完全再使用宇宙往還機の空力加熱"第44回宇宙科学連合講演会講演集. 67-71 (2000)
• [文献書誌] Makoto Mizoguchi, Shigeru Aso: "Fundamental Study on a Free-Piston Hypersonic Facility"Proc.of the second Japan/Korean Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics. 53-56 (2001)
• [文献書誌] 麻生 茂: "高エンタルピー流研究の現状と展望"日本流体力学会年会2001講演論文集. 387-388 (2001)
• [文献書誌] 麻生 茂, 溝口 誠, 深見 知也: "高エンタルピー衝撃風洞の特性について"日本流体力学会年会2001講演論文集. 389-390 (2001)
• [文献書誌] 麻生 茂, 林 健太郎, 溝口 誠: "逆噴射ジェットによる空力加熱低減に関する実験的研究"日本流体力学会年会2001講演論文集. 403-404 (2001)
• [文献書誌] 麻生 茂: "PDE実現に向けての基礎研究について"第33回流体力学講演会講演集. 15-18 (2001)
• [文献書誌] 林 健太郎, 麻生 茂: "逆噴射ジェットによる空力加熱低減の研究"第33回流体力学講演会講演集. 253-256 (2001)
• [文献書誌] 日野 伸隆, 麻生 茂, 河野 慎吾, 黒崎隆二郎, 小倉栄二: "TSTO空力干渉基礎研究-ロケット先端形状周りの流れ解析"日本航空宇宙学会西部支部講演会講演集(2001). 43-46 (2001)
• [文献書誌] 麻生 茂: "将来型宇宙輸送システム開発の動向について"日本航空宇宙学会西部支部講演会講演集(2001). 31-34 (2001)
• [文献書誌] S.Aso, K.Hayashi, M.Mizoguchi: "A Study on Aerodynamic Heating Reduction due to Opposing Jet in Hypersonic Flow"40th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 14-17 January 2002 Reno Hilton, Reno, NV, U.S.A.(2002), AIAA Paper 2002-0646. (2002)