宇宙船の空気ブレーキによる軌道変更の熱空気力学的研究

航天器空气制动器引起的轨道变化的热空气动力学研究

• 批准号: 60550039
• 负责人: 藤原 俊隆
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1985
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1985 至 1986
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-60550039/
• 关键词: AOTV; 宇宙船; 熱空気力学; ふく射加熱; 平衡; 非平衡; 数値流体力学; 排気プルーム

研究は数値流体力学を用いて行なわれた。AOTVの地球大気突入速度であるマッハ数M=25.2で、半球プラス円筒形状の宇宙飛行体(宇宙船の先端はこれにより近似される)が、高度70kmに達した場合を解析の目標にした。考慮した化学物理現象は(1)酸素分子,窒素分子の解離と再結合、原子と分子間反応の中でせいぜい3個のみ,(2)各化学種の生成エンタルピー(即ち反応による熱生成と解離による吸熱),(3)流体の圧縮性,(4)高温ガスからの線,帯ふく射(各種のブロードニングを考慮し、存在する化学種の回転,振動,電子励起,解離準位間の平衡及び非平衡ふく射が基本的には計算される)である。比熱は一定と仮定された。基礎式オイラー方程式で、数値解法として用いられたのは(a)Beam-WarmingプラスShock Fitting,(b)Beam-WarmingプラスShockCapturingの2方法であった。局所時間ステップにより大幅に計算時間が短縮され、2次と4次の人工粘性係数を調節することにより、方法(b)においても衝撃波の取扱いが十分出来る事が明らかにされた。方法(a)は衝撃波を完全な不連続面として与えるので、stiffな化学反応に適している。得られた結果を並べると、(イ)衝撃波離脱距離はこれまでの理論解析や実験と一致した、(ロ)衝撃波前後のランキンユゴニオ式は正しく満たされた、(ハ)理想気体の解に比べて、衝撃波背後の温度が低い現実的な解が得られた、(ニ)酸素の解離は衝撃波と物体頭部間で化学平衡に達するが、窒素の解離は尚非平衡である事がわかった、(ホ)ふく射を行なう化学種として考えられているのはNOのみであるが、その熱伝達への寄与は対流よりもはるかに大きい。

The study of numerical fluid dynamics is of great importance. AOTV's Earth's large burst velocity M=25.2, hemisphere's cylindrical spacecraft (spacecraft's apex), altitude 70km, etc. Consider the chemical physical phenomena: (1) dissociation and recombination of acid molecules, dissociation and recombination of element molecules, reaction between atoms and molecules,(2) formation of various chemical species (i.e. heat generation and dissociation, absorption of heat),(3) compressibility of fluids,(4) high temperature radiation, spectral radiation (various types of radiation are considered, chemical species are present, resonance, electron excitation, equilibrium and nonequilibrium radiation between dissociation levels are basic calculations). It's more than a certain amount of time. The fundamental equation is solved numerically by (a)Beam-Warming Shock Fitting,(b)Beam-Warming Shock Capturing. The time of calculation is greatly shortened, and the artificial viscosity coefficient of the second order and the fourth order is adjusted. Method (a): The shock wave is completely non-continuous and the stiff chemical reaction is suitable. The theoretical analysis of the shock wave separation distance is consistent with the theoretical analysis of the shock wave separation distance, the theoretical analysis of the shock wave separation (1) The amount of water in the water is equal to the amount of water in the water.

项目成果

T.Fujiwara: Memoirs of the Faculty of Engineering,Nagoya University. Vol.39,No.2. 1-50 (1987)

T.Fujiwara：名古屋大学工学部回忆录。