極超音速衝撃波下流における非平衡気体力学のモデル化

高超音速冲击波下游非平衡气体动力学建模

基本信息

批准号：
08751067
负责人：
藤田和央
金额：
$ 0.7万
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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は数値解析の分野において大きな成果があげられた。極超音速衝撃波下流の現象で特徴的なものの一つが、高エンタルピ気体からの輻射である。本研究では輻射のモデル化を行って数値コードを開発し、極超音速衝撃波に伴う発光現象解析を行い、幾つかの発見が得られた。輻射モデルとしては、束縛-束縛、束縛-自由、及び自由-自由遷移に伴う発光と吸収をモデル化し、放出係数と吸収係数、およびスペクトルを計算するコードを作成した。高温大気からの輻射に寄与する粒子種を検討した結果、N_2、O_2、N、O、NO及びそのイオンと電子からなる11-species大気輻射モデルを作成し、計算に必要な光学定数、遷移確率、及びband originなどをデータベース化した。また、アブレーション生成物を考慮するために、C、C_2、CO、CN、C^+、CO^+の6-speciesアブレータガス輻射モデルを開発し、同様のデータベースを作成した。これらの係数を量子力学的手法によって決定する数値コードも併せて開発した。上記の輻射解析コードを用いて、再突入カプセルMUSES-Cの地球再突入飛行環境について、流れ場の計算結果から得られる物理量の分布に基づいて解析を行った結果、幾つかの新しい発見が得られた。まず、再突入速度が11km/sを越えるような環境では、輻射は紫外領域に強い分布を示し、原子やイオンからの線スペクトルと、連続スペクトルが支配的となる。ただし、これは輻射を支配する振動、電子励起、及び電子温度に強く依存するため、熱的非平衡が強くこれらの温度が並進温度よりも十分低ければ、輻射強度は急速に低下する。また、紫外領域では吸収係数が大きく、平衡気体の場合、比較的短い距離でPlanckの輻射式が示す値に収束する。従って、200nm以下の波長域では吸収を正確に考慮する必要がある。

今年，在数值分析领域取得了巨大的结果。超声冲击波下游的一种特征现象是高焓气体的辐射。在这项研究中，我们对辐射建模并开发了数值代码，并分析了与超声冲击波相关的发光现象，从而导致了一些发现。作为辐射模型，我们建模了与界限，无界和自由过渡相关的发射和吸收，并创建了代码以计算发射和吸收系数和光谱。由于检查了从高温大气中辐射的颗粒物种，因此创建了由N_2，O_2，N，O，NO及其离子和电子组成的11种物种大气辐射模型，以及在数据库中创建了计算所需的光学常数，过渡概率，带源等。此外，要考虑消融产物，开发了C，C_2，CO，CN，C^+，CO^+的6种烧蚀气体辐射模型，并创建了类似的数据库。还开发了使用量子机械方法确定这些系数的数值代码。使用上述辐射分析法规，我们根据从流场计算结果中获得的物理量的分布分析了地球重新进入胶囊C的重新进入的飞行环境，并获得了一些新发现。首先，在重新进入速度超过11 km/s的环境中，辐射在紫外线区域表现出很强的分布，其线光谱来自原子和离子以及连续的光谱占主导地位。但是，这在很大程度上取决于控制辐射的振动，电子激发和电子温度，因此，如果热非平衡很强，并且这些温度足够低于翻译温度，则辐射强度将迅速下降。此外，在紫外线区域，在紫外线中，吸收系数很大，在平衡气体的情况下，它会在相对较短的距离内收敛到普朗克辐射方程所指示的值。因此，必须在低于200 nm的波长范围内准确考虑吸收。