高エンタルピー風洞流れの特性解明の為の分子論的解析手法の研究

阐明高焓风洞流特性的分子分析方法研究

• 批准号: 09751001
• 负责人: 溝端 一秀
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology (1998)Tohoku University (1997)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09751001/
• 关键词: 極超音速; 風洞流れ; 分子振動; 分子回転; 分子衝突解析; 分子動力学解析; 高エンタルピー; マスター方程式

宇宙往還機の設計のためには、高エンタルピー風洞を用いて極超音速飛行環境における空力特性及び空力加熱率を見積もることが必要である。そのためには、高エンタルピ風洞流れの物理化学的メカニズムを解明することが欠かせない。本研究は、このような物理化学的メカニズムを解明するための理論的解析手法を非経験的・分子論的立場から構築することを目的としている。昨年度までの研究においては、高エンタルピ風洞流れに代表される極超音速流において卓越する分子振動・回転緩和の特性について古典的分子衝突解析を行った結果、分子衝突を古典的に扱うだけでは不充分であり量子論的扱いが必要である、ということが確かめられていた。そこで今年度は、量子論的分子衝突解析のための計算コードを試作し、振動遷移速度推算への適用を試みた。また,高エンタルピー風洞流れにおける分子振動緩和の凍結現象を避けるために米国で検討されている超高圧運転方式の妥当性を検証する事を目指して、超高圧状態の空気の分子振動緩和過程を解析するための分子動力学コードを試作し、試計算を行った。いずれの解析においても、その解は、多原子系ポテンシャル関数の構成法に敏感に依存する事が確かめられ、分子振動・回転の解析の為の量子力学的分子衝突解析および分子動力学解析に適合したポテンシャル関数の構成法を確立することが、今後の課題として提示された。 これら計算コードの試作および試計算は、本補助金によって部品を購入し組み立てられた電子計算機において実施された。本研究の成果の一部は、流体力学講演会(平成10年9月,於岡山)及び衝撃波シンポジウム(平成11年3月、於東京)において発表された。また、近い将来、日本航空宇宙学会論文誌や米国航空宇宙学会論文誌等に発表する事を計画している。

太空返回飞机的设计需要使用高焓风隧道来估计高超音速飞行环境中的空气动力学特性和空气动力学加热率。为此，必须阐明高荷利风洞流的物理化学机制。这项研究旨在构建理论分析方法，以从无数的和分子理论的角度阐明这种物理化学机制。直到去年，我们对分子振动和旋转弛豫的特性进行了经典的分子碰撞分析，这些分子在高超音速流中很出色，例如高率风洞的流动，并确认不足以在经典上处理分子碰撞，并且是必需的。因此，今年我们为量子理论分子碰撞分析创建了原型计算代码，并试图将其应用于振动过渡速率估计。此外，为了验证在美国研究的超高压操作系统的有效性，以避免在高触觉风隧道流中的分子振动松弛现象，我们创建了一个分子动力学代码，用于分析超高状态中空气中的分子振动过程和分析超高状态的分子振动过程，并制定了分子动力学。在两种分析中，都证实了该解决方案对多原子电位功能的构建方法敏感，未来的挑战是建立一种潜在功能的构造方法，该方法与量子机械分子碰撞分析和分子动力学分析兼容分子振动和旋转分析。这些计算代码的原型和试验计算是在购买并与该赠款组装在一起的电子计算机中进行的。这项研究的一些结果是在流体力学讲座（1998年9月，Ookayama）和冲击波研讨会（1999年3月，东京）中提出的。此外，该公司计划在日本航空航天学会和美国航空航天学会中将其发布在不久的将来。