Hypersonic Airframe/Engine Integration Experiment Using a Sounding Rocket FTB

使用探空火箭 FTB 进行高超音速机身/发动机集成实验

• 批准号: 20H05654
• 负责人: 佐藤 哲也
• 金额: $ 125.3万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05654/
• 关键词: 極超音速機; 飛行試験; フライトテストベッド; 機体推進統合制御; 飛行実験; HIMICO

極超音速機の機体／推進統合制御技術の構築と推進風洞実験及び極超音速飛行実験での技術実証に向け、以下の通り研究を進めた。(1) 推進風洞実験による機体／推進干渉の調査と飛行実験に向けた機能確認：実験機の詳細設計および熱構造解析，振動解析を実施した。解析結果から、安全性確保のために軌道と機体形状を見直す必要があることが判明し、実験機の再設計を行った。サブスケール模型によるMach 5の機体空力特性試験によって、設計手法の妥当性を検証した。また、搭載用エンジンを用いて極超音速風洞でMach 5のインテーク性能試験を行い、始動条件や基本性能、バズ特性を取得した。(2) 飛行実験による極超音速統合制御技術の確立：飛行安全性の検討として、飛行軌道の解析を実施した。3自由度運動方程式を使用し、ロケットと分離後のHIMICO有翼機の軌道をそれぞれ解析し、実験時間を最長化した。ロケットの落下分散解析はモンテカルロ法を用い、打ち上げ仰角と方位角に3σの誤差を持たせて行った。有翼機の落下分散解析では操舵翼の固着や故障モードを考慮している。その他、エアデータ取得システム(FADS)の試作と試験を実施した。(3) 学術的基盤技術：空力加熱を含む熱構造CFDコードを開発し、極超音速風洞実験との比較により解析手法の妥当性を評価し、速度場と圧力場での良好な一致を確認した。本コードを用いて、HIMICO実験機の熱構造解析に必要なデータが得られた。ラム燃焼器の研究では、ロバスト性の高い安定な点火と保炎を有する燃焼器開発を目指し、水素燃焼実験の実施と次年度からのNOx計測に使うFTIRの構築に着手した。また、CAM5ベースの大気モデルに航空機NOxエミッションモデルを組み込み、エンジン排気の大気への影響を解析する数値計算手法を構築し、妥当性を確認した。

The development of hypersonic airframe/propulsion integrated control technology, propulsion wind tunnel implementation and hypersonic flight implementation technology, and the following general research (1)Propulsion wind tunnel implementation: airframe/propulsion system investigation, flight implementation, direction verification: detailed design of the aircraft, thermal structure analysis, vibration analysis implementation The analysis results show that it is necessary to identify and redesign the vehicle to ensure the safety of the vehicle. The aerodynamic characteristics of Mach 5 were tested and the appropriateness of design methods was verified. The Mach 5 hypersonic wind tunnel performance test was carried out under the initial conditions and the basic performance and characteristics were obtained. (2)Establishment of hypersonic integrated control technology for flight performance: flight safety assessment, flight trajectory analysis and implementation; 3-degree-of-freedom equations of motion are used to maximize the time required to resolve the orbit of the HIMICO after separation. For example, if you want to use the method of falling apart, you can use the method of falling apart. Analysis of drop dispersion of winged aircraft; consideration of fixed wing failure; The trial of the FADS was carried out. (3)Academic substrate technology: development of aerodynamic heating and thermal structure CFD, comparison of hypersonic wind tunnel performance, evaluation of analytical methods, confirmation of good agreement between velocity field and pressure field This paper describes the thermal structure analysis of HIMICO machine. The research of the burner, the high stability ignition and the flame protection, the development of the burner, the implementation of the water combustion and the NOx measurement in the next year, the construction of FTIR. The calculation method of aircraft NOx emission and its influence analysis is constructed and confirmed properly.

项目成果

3-Dimensional Numerical Simulation of Hypersonic Intake for Pre-Cooled Turbo Jet Engine

预冷涡轮喷气发动机高超声速进气三维数值模拟

• DOI: 10.2322/tastj.19.676
• 发表时间: 2021
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: SANO Masakazu;YOKOI Toshiya;YOSHIDA Hidekazu;SATO Tetsuya;TAGUCHI Hideyuki
• 通讯作者: TAGUCHI Hideyuki

Program of High Mach Integrated Control Experiment, “HIMICO” Using S-520 Sounding Rocket

高马赫数综合控制实验计划，

• DOI: 10.2322/tastj.19.831
• 发表时间: 2021
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: SATO Tetsuya;TAGUCHI Hideyuki;KOJIMA Takayuki;TSUCHIYA Takeshi;TSUE Mitsuhiro;NAKAYA Shinji;MATSUO Akiko;TEZUKA Asei;FUJIKAWA Takahiro;MIYAJI Koji
• 通讯作者: MIYAJI Koji

Numerical Study on the Intake Performance with Side Clearance for the High Mach Integrated Control Experiment (HIMICO)

高马赫集成控制实验（HIMICO）带侧隙进气性能的数值研究

• DOI: 10.2322/tastj.19.135
• 发表时间: 2021
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: YOSHIDA Hidekazu;SANO Masakazu;WAKABAYASHI Sho;CHIGA Takahiro;YOKOI Toshiya;HASHIMOTO Atsushi;MURAKAMI Keiichi;KOJIMA Takayuki;TAGUCHI Hideyuki;SATO Tetsuya
• 通讯作者: SATO Tetsuya

Mach 4 Propulsion Wind Tunnel Test of High-Mach Integrated Control Experimental Aircraft (HIMICO)

高马赫数综合控制实验机4马赫推进风洞试验（HIMICO）

• 发表时间: 2021
• 作者: Taguchi;H.;Hirotani;T.;Takahashi;H.;Oki;J.;Sato;T.;Tezuka;A.;Nakaya;S.;Matsuo;A.
• 通讯作者: A.

極超音速統合制御実験(HIMICO)用インテークにおける サイドクリアランスが内部流れに及ぼす影響

高超声速集成控制实验（HIMICO）侧间隙对进气内流的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 小倉彰悟;藤井愛実;藤森勇輝;干谷祐輔;佐藤哲也;田口秀之;小島孝之;大木純一
• 通讯作者: 大木純一