電磁力による再突入飛行体周りの弱電離プラズマ流の制御と空力加熱の制御

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15206093
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 安部 隆士 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙輸送工学研究系, 教授 (60114849)
• 研究分担者: 船木 一幸 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙輸送工学研究系, 助教授 (50311171) ; 大津 広敬 静岡大学, 工学部, 助手 (20313934)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 再突入機 / 高温弱電離流れ / 磁場効果

研究概要

惑星大気に宇宙空間から突入飛行する機体は、大気を高速飛行中、自身の生成する高温大気に晒されるため、これを制御することが最大の課題となっている。従来は、機体を耐熱構造化することで受動的に制御をして来ている。これに対し、本研究では電磁力を利用した制御の方法を模索し、その実現性を実験、理論の両面から追求した。実験として、小型の高温弱電離プラズマ風洞中に磁化された模型を設置して、その周りの温度場を直接計測することにより、電磁力の効果を明らかにした。この目的のため、吸収分光法による温度計測法を開発し、強磁場環境下でも適用可能とした。従来の研究は、流れの可視化など間接的な計測のみであり、本研究により初めて直接的な計測が行われたものである。実験結果は、理論の予想どおり、電磁力効果により衝撃層の増大が起こることを示している。この結果は、この効果の実機への適応に際して必要となる数値解析法の開発に必要な実験的基礎を与えるものであり、今後の研究の発展に寄与するものである。
理論的検討として、数値シミュレーションの技法を用い、実験を再現出来ることを確認した。また、機体の表面の効果として、表面の電気伝導性が本効果に与える影響を予測するとともに、それを実験的にも確認している。さらに、実飛行環境における本効果の有効性を確認するため、実飛行環境で予想される弱電離プラズマ環境を再現するとともに、その環境における電磁力の効果を予測し、その有効性を確認し、飛行実験による実証の可能性を明らかにした。
本研究により、基礎的な原理の把握、さらに原理の応用性が確認されたことになる。

研究成果

• [雑誌論文] 電磁力による空力加熱低減法の超軌道速度飛行体への適用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 大津広敬, 船木一幸, 安部隆士
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 Vol.54,No.628 ページ: 181-188
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Experimental Investigation of the Interaction between Applied Magnetic Field and Weakly Ionized Plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kawamura, Atsushi Matsuda, Kazuhiko Wakatsuki, Yuji Takizawa, Hirotaka Otsu, Shunichi Sato, Takashi Abe
  • 雑誌名: International Symposium on Space Technology and Science 2006-e-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Feasibility Study on the Flight Demonstration for the Magnetic Flow Control System of Reentry Vehicles (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Atsushi Matsuda, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA-3566 ページ: 3566
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Numerical Validation of the Magnetic Flow Control for Reentry Vehicles (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Atsushi Matsuda, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA-3236 ページ: 3236
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shock layer enhancement by electro-magnetic effect for spherically blunt body (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Matsuda, K.Wakatsuki, Y.Takizawa, M.Kawamura, H.Otsu, D.Konigorski, S.Sato
  • 雑誌名: 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA Paper ページ: 3573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] An application of aerodynamic heating mitigation for the super-orbital reentry vehicle by means of the electrodynamic effect (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Ikko Funaki, Takashi Abe
  • 雑誌名: Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences Vol.54, No.628 ページ: 181
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Experimental Investigation of the Interaction between Applied Magnetic Field and Weakly Ionized Plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kawamura, Atsushi Matsuda, Kazuhiko Wakatsuki, Yuji Takizawa, Hirotaka Otsu, Shunichi Sato, Takashi Abe
  • 雑誌名: International Symposium on Space Technology and Science ISTS2006-e-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Feasibility Study on the Flight Demonstration for the Magnetic Flow Control System of Reentry Vehicles (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Atsushi Matsuda, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA2006-3566
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Numerical Validation of the Magnetic Flow Control for Reentry Vehicles (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Atsushi Matsuda, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: 37the AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA2006-3236
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Shock layer enhancement by electro-magnetic effect for spherically blunt body (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Matsuda, K.Wakatsuki, Y.Takizawa, M.Kawamura, H.Otsu, D.Konigorski, S.Sato
  • 雑誌名: 37th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA Paper2006-3573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Influence of the Hall Effect on the Electrodyanmic Heat Shield System for Reentry Vehicles (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: AIAA 36th Plasmadynamics and Lasers AIAA-5049 ページ: 5049-5058
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Experiment on Shock Layer Enhancement by Electro-magnetic Effect in Reentry-related High-enthalpy Flow (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takizawa, A.Matsuda, S.Sato, T.Abe, D.Konigorski
  • 雑誌名: 36th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA Paper ページ: 4786-4797
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Influence of the Hall Effect on the Electrodynamic Heat Shield System for Reentry Vehicles (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Takashi Abe, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: 36th AIAA Plasmadynamics and Lasers AIAA2005-5049
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Experiment on Schock Layer Enhancement by Electro-magnetic Effect in Reentry-related High-enthalpy Flow (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Takizawa, A.Matsuda, S.Sato, T.Abe, D.Konigorski
  • 雑誌名: 36th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA Paper
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Possiblity of Electro-magnetic Heat Shield for Reentry Vehicle (2004)
  • 著者名/発表者名: Takashi Abe, Yuji Takizawa, Hirotaka Otsu, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: First Int. Conf. Flow Dynamics, Int. COE of Flow Dynamics
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electro-magnetic effect on shock layer structure in reentry-related high-enthalpy flow (2004)
  • 著者名/発表者名: Yuji Takizawa, Takashi Abe
  • 雑誌名: 35th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA-2162 ページ: 2162-2172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reentry Heating Mitigation by Utilizing the Hall Effect (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Kenji Matsushita, Konigorski Detlev, Ikkoh Funaki, Takashi Abe
  • 雑誌名: 35th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA-2167 ページ: 2167-2175
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reentry Heating Mitigation by Magnetic Field (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Kenji Matsusbita, Ikkoh Funaki, Takashi Abe
  • 雑誌名: 24th International Symposium on Space Technology and Science ISTS2004-e-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Passibility of Electro-magnetic Heat Shield for Reentry Vehicle (2004)
  • 著者名/発表者名: Takashi Abe, Yuji Takizawa, Hirotaka Otsu, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: First Int.Conf.Flow Dynamics, Int.COE of Flow Dynamics
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electro-matnetic effect on shock layer structure in reentry-related high-enthalpy flow (2004)
  • 著者名/発表者名: Yuji Takizawa, Takashi Abe
  • 雑誌名: 35th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA2004-2162
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reentry Heating Mitigation by Utilizing the Hall Effect (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Kenji Matsushita, Konigorski Detlev, Ikkoh Funaki, Takashi Abe
  • 雑誌名: 35th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA2004-2167
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reentry Heating Mitigation by Magnetic Field (2004)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Otsu, Kenji Matsushita, Ikkoh Funaki, Takashi Abe
  • 雑誌名: 24th International Symposium on Space Technology and Science ISTS2004-e-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electro-magnetic Effect on a Reentry-related High-enthalpy Flow (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Takizawa, S.Sato, K.Fujita, T.Abe, D.Konigorski
  • 雑誌名: 34th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA-4168 ページ: 6148-4175
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electro-magnetic shield effect on reentry-related high-enthalpy (2003)
  • 著者名/発表者名: Takashi Abe, Yuji Takizawa, Shunichi Sato, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: Proc. of International Conference on Recent Advances in Space Technologgies
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electro-magnetic Effect on a Reentry-related High-enthalpy Flow (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Takizawa, S.Sato, K.Fujita, T.Abe, D.Konigorski
  • 雑誌名: 34th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference AIAA2003-4168
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electro-magnetic shield effect on reentry-related high-enthalpy (2003)
  • 著者名/発表者名: Takashi Abe, Yuji Takizawa, Shunichi Sato, Detlev Konigorski
  • 雑誌名: Proc.of International Conference on Recent Advances in Space Technologies
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より