極超音速希薄風洞を用いた希薄空力現象の解明と物質表面係数計測システムの構築

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22760629
• 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: 小澤 宇志 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発本部, 研究員 (70567544)
• キーワード: 航空宇宙工学 / 希薄風洞 / 数値解析 / HRWT / DSMC / 極超音速希薄気体

研究概要

極超音速希薄風洞(HRWT;Hypersonic Rarefied Wind Tunnel)実験と粒子数値解析を融合することにより,極超音速希薄気体における空力現象の観測手法とともに,物質の表面係数測定法を確立することが目的である.主な研究の成果を以下に示す.1.極超音速希薄流れの最適化:(1)ノズル内部から計測部にかけて連続流から希薄流に遷移する流れ場の解明に向けてCFD(Computational Fluid Dynamics)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)連成数値解析手法を確立した.(2)ノズル形状の最適化を行ったところ,マッハ数10以上,クヌーセン数0.1以上の一様な極超音速希薄コア流れを再生するためには,半頂角45度のコニカルノズルが最適であるとの結論が得られた.(3)45度コニカルノズルを新規に製作し,気流検定を行った.(4)タングステンヒーターを使用し淀み温度を400K以上に加熱することにより,マッハ数10以上,クヌーセン数0.1以上の双方の条件を満たす直径25mm以上のコア流れの再生に世界で初めて成功した.2.計測-解析融合手法の確立:(1)気流検定に向けてCCDカメラを用いた画像処理技術による釣り下げ式球模型の変位計測とDSMC数値計算を融合したHRWT-DSMC融合解析手法を確立した.(2)DSMC数値解析において希薄境界層厚さ補正法の確立,背圧境界粒子生成の導入により極超音速希薄風洞性能評価技術が向上した.(3)HRWT-DSMC球模型融合解析手法による1自由度物質表面係数計測システムが確立し,熱適合係数の決定が可能となった.

研究成果

• [雑誌論文] Experimental and Numerical Study of Flow Diagnostics in Hypersonic Rarefied Wind Tunnel in JAXA (2012)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Ozawa, T., Fujita, K.
  • 雑誌名: AIAA Paper 巻: 2012-0370 ページ: 1-15
• [雑誌論文] Investigation of Martian-Dust Drag and Heat Transfer for Mars Sample Return Mission (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, T., Suzuki, T., Takayanagi, H., and Fujita, K
  • 雑誌名: Journal of Thermophysics and Heat Transfer 巻: Vol.25 ページ: 341-353
  • DOI: DOI:10.2514/1.50714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Pilot Model of Hypersonic Rarefied Wind-Tunnel (2011)
  • 著者名/発表者名: Fujita, K., Suzuki, T., and Ozawa, T
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: Vol.1333 ページ: 407-412
  • DOI: DOI:10.1063/1.3562682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Non-Continuum Hypersonic Flows for the Hayabusa Reentry (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, T., Suzuki, T., Takayanagi, H., Fujita, K.
  • 雑誌名: AIAA Paper 巻: 2011-3311 ページ: 1-26
• [学会発表] Experimental and Numerical Study of Flow Diagnostics in Hypersonic Rarefied Wind Tunnel in JAXA (2012)
  • 著者名/発表者名: Suzuki. T., Ozawa, T., and Fujita, K
  • 学会等名: 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting
  • 発表場所: Nashville, Tennessee
  • 年月日: 2012-01-09
• [学会発表] 極超音速希薄風洞を用いた希薄空力計測と粒子計算融合 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小澤宇志, 鈴木俊之, 藤田和央
  • 学会等名: 第55回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 愛媛県県民文化会館(愛媛県)
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Analysis of Non-Continuum Hypersonic Flows for the Hayabusa Reentry (2011)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, T., Suzuki, T., Takayanagi, H. and Fujita, K
  • 学会等名: 42nd AIAA Thermophysics Conference
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2011-06-27