Influence of Precursor Phenomena on After body heating of a Atmospheric Entry Capsule

前驱体现象对大气进入舱后体加热的影响

• 批准号: 20K04923
• 负责人: 山田 剛治
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04923/
• 关键词: 衝撃波; 衝撃波管; アルゴンプラズマ; 連続スペクトル; 電子温度; 電子密度; プリカーサ; CFD; 衝突輻射モデル; アルゴン; プリカーサ現象; 惑星大気突入; 背面空力加熱

本研究ではプリカーサ現象が大気突入カプセル背面の空力加熱率へ及ぼす影響を明らかにするために、衝撃波管で生成された衝撃波背後のアルゴンプラズマを対象に研究を実施した。最初に衝撃波前方領域で生じるプリカーサ現象を組み込んだ1次元数値流体力学計算コードを改良して精緻化を行った。これよりプリカーサ現象の有無により衝撃波背後の熱化学過程に差異が生じることが明らかになった。また原子衝突過程を組み込んだアルゴン衝突輻射モデルを新たに開発して、衝撃波背後で計測したアルゴン原子スペクトルの解析に適用した。これより衝撃波背後のアルゴンプラズマの特性量（電子温度、電子密度、原子密度、原子温度）の空間分布特性を取得することに成功して、開発したCFDコードにより数値解析結果ともよい一致が得られた。さらに連続スペクトルを利用した簡易的な電子温度評価手法を構築した。最終年度は、築した連続スペクトルを利用した電子温度評価手法を様々な実験条件で取得したスペクトルに適用した。連続スペクトルの主要因である自由電子と中性原子間の制動放射の他に自由電子とイオン間の制動放射及び再結合放射も考慮してモデルの精緻化を行った。その結果、衝撃波後方領域においてCFDとの一致性が改善した。また衝突輻射モデルにより得られた電子温度ともよい一致を示しており、本手法が衝撃波背後の非平衡プラズマ流においても有効であることが明らかになった。さらに電子密度評価もできるようにするために、分光計測システムの絶対強度較正を実施した。これより計測した連続スペクトルに数値スペクトルをフィッティングすることにより電子温度と電子密度を得ることが可能となった。

This paper studies the phenomenon of high temperature shock wave and its influence on the air heating rate behind the shock wave tube. The initial shock wave front field is generated by the phenomenon of multi-dimensional numerical calculation. The difference in thermochemical processes behind shock waves is caused by the presence or absence of such phenomena. The atomic collision process is composed of the following components: the radiation of the collision, the development of the new component, the measurement of the shock wave, and the analysis of the atomic collision. The spatial distribution characteristics of the characteristic quantities (electron temperature, electron density, atomic density, atomic temperature) behind the shock wave were successfully obtained. A simple electronic temperature evaluation method is used to construct the temperature measurement system. Finally, the temperature measurement method is used to obtain the temperature measurement conditions. The main reason for this is that the free electrons and the neutral atoms are the braking radiation and the recombination radiation are considered to be refined. The consistency of CFD in the field behind the shock wave is improved. This method is used to analyze the non-equilibrium flow behind the shock wave. In addition, the electron density evaluation has been improved, and the absolute intensity correction of the spectrometer measurement system has been implemented. The temperature of the electron is measured.

项目成果

連続放射スペクトルを用いたアルゴン衝撃波背後の電子温度評価

使用连续辐射光谱评估氩冲击波后的电子温度

• 发表时间: 2022
• 作者: 廣岡秀将;相原冴輝;山田剛治
• 通讯作者: 山田剛治

弾道飛行装置による大気突入機周り流れの特性解明に向けた予備試験

使用亚轨道飞行装置进行大气进入飞行器周围流动特性的初步测试

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Kawamoto;K. Nogami and Y. Kadono;山田剛治
• 通讯作者: 山田剛治

衝突輻射モデルと分光計測を融合した衝撃波背後のアルゴンプラズマの電子温度・電子密度決定法

碰撞辐射模型与光谱测量相结合确定冲击波后氩等离子体中电子温度和电子密度的方法

• 发表时间: 2021
• 作者: 廣岡秀将;相原冴輝;山田剛治;山田剛治
• 通讯作者: 山田剛治

Electron Density Measurements of Shocked Argon Using Stark Profile of the Hβ Line

使用 Hβ 谱线的 Stark 剖面测量冲击氩气的电子密度

• DOI: 10.2514/1.j061470
• 发表时间: 2022
• 期刊: AIAA Journal
• 影响因子: 2.5
• 作者: Iwase Kazuyuki;Stauss Sven;Gambe Yoshiyuki;Miyazaki Ryuichi;Honma Itaru;Yamada Gouji
• 通讯作者: Yamada Gouji

衝撃波背後のアルゴンプラズマにおける連続スペクトルを用いた電子温度診断

使用冲击波后的氩等离子体中的连续光谱进行电子温度诊断

• 发表时间: 2022
• 作者: 廣岡秀将;山田剛治
• 通讯作者: 山田剛治