超高速流れの解明とその応用

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本年度は、重点領域研究「超高速流れの解明とその応用」の最終年度に当たり、3年間の総まとめを行った。超音速機、宇宙往復システム、スペースプレーンなど超音速流れの解明を全体的な目標に掲げ、以下の項目について主に研究し、成果を得た。1)単純形状から複雑形状まで種々の超高速流れを解く方法として、TVD法、ENO法、スペクトル法、モンテカルロ法を取り上げ、連続体から希薄流まで解き、実験結果と良い一致を見た。2)エンジン内部流の複雑、かつ実用的な流れの、計算と実験との比較法を確立した。3)起高速飛行体周りの流れでは、気体が高温になり、化学反応が起こる。これを効率よく解く計算スキームを構成し、具体的な形状に適用した。4)宇宙開発で出会う反応を伴う超高速流を解明するために、大気圏再突入時の高温極超音速流を解析し、熱的、化学的に非平衡な流れを計算し、空力加熱を見積もることができた。5)高精度のナビエ・ストークス方程式計算コードの開発において、解強制置換法を開発し、スペースプレーンまわりの極超音速流の計算、剥離渦の数値計算等、実用問題に適用し、検証した。6)わが国では余り行われていないライン緩和法を、3次元に拡張し、また、計算機によっては、計算データとグラフィックデータを分離することができることがわかった。7)超高速流衡撃波背後では化学反応が生じ、膨大な計算量が必要となる。実際的な問題を解くためには、解に適合した差分格子が必要であり、非定常な高速燃焼反応を含む流れでも解けるような解適合格子生成法を開発した。8)宇宙におけるジェット現象と実験室におけるジェットを比較研究し、宇宙ジェット頭部の不安定性現象と実験室における逆噴射ジェットの間の関係を明らかにした。9)実在気体効果を伴う超高速流れ及び超高速膨張流の三次元構造を解明し、また、軸対称自由噴流膨張における凝縮現象を扱い、実験結果をよく再現した。