Investigation of Surface Roughness Dependence on Rarefied Aerodynamics based on Hypersonic Rarefied Wind Tunnel Measurement and Molecular Dynamics Simulations

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本研究は、極超音速希薄風洞実験と粒子数値解析・MD解析を行うことにより、極超音速希薄気体空力現象の計測手法を確立し、物質表面係数及び希薄空力の表面粗さ依存性を評価することによる希薄空力予測精度の向上を目的とする。MD解析によりミクロな視点で表面粗さ依存性現象を解明するとともに、極超音速希薄空力計測(希薄風洞計測と粒子数値解析を融合した手法)によりマクロな表面係数依存性を解明する。さらに、得られたデータを用いてより正確で新しい表面モデルを構築することで、数値解析による希薄空力予測精度を向上させ、大気突入カプセルや超低高度衛星等の軌道制御システムの信頼性の向上を目指すものである。今年度の主な研究の成果を以下に示す。1. 昨年度解析により最適化した透過型チューブ模型を製作し、表面係数の物質依存性・表面粗さ依存性を検証した。拡散反射比が高い解析結果と一致が見られたが、物質・表面粗さ依存性による変化は見られなかった。2. LAMMPS MDコードとナノ材料解析統合GUIソフトを組合せたMD表面反射解析コードを開発し、極超音速希薄風洞環境を模擬して表面凹凸表面における粒子表面衝突システムを構築した。今後は、ポテンシャル依存性を検証していくとともに、表面粗さ・表面加工による影響を検証していく予定である。3. 表面加工による影響評価に向けてDSMC解析コードを拡張した。今後、物質依存性・表面粗さ依存性を数値解析結果と比較検証していくとともに、表面加工が表面係数に与える影響を検証していく。