極超音速飛翔体周りに生ずる非平衡流中の炭化ケイ素アブレーションの挙動解明

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本研究課題では受動的熱防御材料として炭化ケイ素を選定し、熱化学的に極めて非平衡状態である高温度衝撃層プラズマにより発生する炭化ケイ素アブレーション物質の物理化学的な挙動を実験的・数値的に明らかにするとともに、高温度プラズマが熱防御材料に及ぼす熱的影響について探ることを目的とした。以下に主な得られた結果を示す。1.炭化ケイ素材料の耐熱シールドとしての有効性を探るため、超小型極小プラズマジェット発生装置および空気プラズマフリージェット発生装置を用いたアブレーション試験を行った。(1)空気プラズマフリージェット発生装置を用いたアブレーション試験において、昨年度の成果である炭化ケイ素系材料の質量損失速度が炭素系材料の約1/6〜1/10であることが確認され、このような観点から炭化ケイ素系材料が有効なアブレーション材料であることがわかった。(2)高速度ビデオカメラを用いて撮影したアブレーション試験時の炭化ケイ素系材料の表面近傍の様子から、材料表面にはプラズマジェットの加熱によって生じた液状化物質が形成され、その詳細な観測によって、その液状化物質中に生ずる気泡の発現が繰り返されていることがわかった。(3)超小型極小プラズマジェット中の炭化ケイ素アブレーションの分光計測において、昨年度の成果を踏まえ、CCDカメラと狭帯域フィルターを併用した計測を行ったところ、試料上流においてSi原子線の空間的な拡がりが検出された。2.極超音速流中の飛翔体周りに生ずる炭素アブレーションを伴う岐点流線上の衝撃層について、融合衝撃層理論に基づき解析し、アブレーション生成物質の熱流体力学的特性について明らかにした。また、高々度領域において、融合衝撃層理論に基づく解析とDSMC解析を比較した。