非平衡高エンタルピ気流における輻射のモデル化と実験的研究

非平衡高焓气流辐射模拟与实验研究

基本信息

批准号：
09751013
负责人：
藤田和央
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Institute of Space and Astronautical Science
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-09751013/
关键词：
非平衡空気力学衝撃波輻射分光再突入

项目摘要

本年度では、昨年度末にアルゴンを用いて開発された衝撃波後方の電子励起温度の測定方法を、実際の観測対象である窒素原子に応用して、強い衝撃波後方の非平衡領域の窒素原子の電子励起温度を測定した。また、昨年度に更新され、精度が向上した輻射解析コードSPRADIANを用いて、衝撃波直後の領域に観測される窒素分子及び窒素分子イオンのスペクトルにフィッティングを行うことにより、分子の振動温度と回転温度を決定する計測方法を開発した。この方法を用いて、極めて強い熱的化学的非平衡が観測される秒速12kmの速い衝撃波と、比較的熱平衡に近い秒速8kmの衝撃波について実験を行い、衝撃波背後の各温度の分布を決定した。実験結果からは、これまで並進温度と極めて急速に緩和すると思われていた分子の回転温度が並進温度と著しく異なるという「回転温度非平衡」が速い衝撃波については特に顕著に、遅い衝撃波についても明らかに観測された。また雰囲気ガス中に含まれる水蒸気が解離して生じる水素原子のβ線のシュタルク線広がりに理論的に予想される数値スペクトルをフィットさせることにより電子密度を決定する手法を開発し、速い衝撃波について衝撃波後方の電子密度分布を測定した。これらの実験結果は、遅い衝撃波については従来より良く用いられているパークの熱化学モデルによる計算結果と比較的一致するものの、速い衝撃波については、回転温度、電子密度の絶対値が定性的にも定量的にも矛盾することが分かった。そこで新たに数値モデルとして、回転温度非平衡を考慮し、CRVDモデルと呼ばれる解離反応とエネルギー緩和の結合モデルを開発し、計算を行ったところ、定性的には回転非平衡が説明できることが分かったが、定量的な一致を捲るまでには至らなかった。電子密度については、従来の電離モデルで説明することが不可能であり、今後、回転非平衡現象と併せて、定量的に一致するモデルの開発を行う必要があると考えられる。

在今年，测量了去年年底使用Argon开发的冲击波背后的电子激发温度的方法，该方法应用于氮原子，该原子是实际观察靶标，这是实际观察靶标，并且测量了强烈冲击波后面非平衡区域中氮原子的电子激发温度。此外，使用去年更新并提高精度的Spradian，我们开发了一种测量方法，该方法通过拟合刚刚在冲击波后在该区域观察到的氮分子和氮分子离子的光谱来确定分子的振动和旋转温度。使用这种方法，我们在每秒12公里的快速冲击波上进行了实验，其中观察到了极强的热化学非平衡性，而冲击波为8 km每秒，该冲击波相对接近热平衡，以确定冲击波后面每个温度的分布。实验结果清楚地表明，以前认为非常快速放松的分子的旋转温度对于具有快速“旋转温度非平衡的冲击波”尤其引人注目，其中分子的旋转温度与翻译温度的旋转温度显着差异。此外，开发了一种方法来确定电子密度，通过拟合理论上预测的数值光谱，该光谱通过在大气中包含的水蒸气分离而产生的氢原子的β射线的鲜明线扩散，并测量了电击波波后的电子密度分布的快速冲击波。这些实验结果与PARK热化学模型的计算结果相对一致，Park通常用于慢速冲击波，但他们发现，对于快速冲击波，旋转温度和电子密度的绝对值在定性和定量上都是矛盾的。因此，作为一种新的数值模型，我们开发了一种新的解离反应和能量弛豫耦合模型，称为CRVD模型，考虑到旋转温度非平衡，并进行了计算，并发现旋转非平衡性可以定性地解释，但我们无法达成定量协议。不可能使用常规电离模型来解释电子密度，并且认为将来有必要开发一种与旋转非平衡现象一致的模型。