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圧縮性固気二相乱流の数値解析による固体ロケットノズル表面後退量増大に関する研究

可压缩固气两相湍流数值分析增大固体火箭喷管表面后退量的研究

基本信息

批准号：
08J03429
负责人：
石向桂一
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Japan Aerospace Exploration Agency (2009)Tohoku University (2008)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

固体ロケットノズルのスロートの下流で穴が開き,そこから漏れた燃焼ガスが周囲の制御機器の故障を招いたために,M-V4号機およびH-IIA6号機の打ち上げは失敗した.ノズル内壁は,スロート部では熱による損耗に強い耐熱材,下流のスカート部では熱をノズル外部に逃がさないために断熱材で覆われている.これら二種類の材質の表面後退速度が異なるため,繋ぎ目に段差が発生し,そこから誘起された縦渦と壁面が干渉することで局所的にノズル壁面の損耗が激しくなる箇所が発生する.これがノズルエロージョンと呼ばれ,ノズルに穴が開くメカニズムとして考えられているが,実験による流れ場の再現は難しく,メカニズム解明のためには高精度の数値計算が必要である.本年度はノズル内流れ場における後向き段差を過ぎる超音速流れについてWCNSを用いた陰的LES手法を適用し,段差下流に発生する渦構造と熱流束分布の関係について調査を行った.その結果,再付着点下流において縦渦とノズル壁との干渉により壁面熱流束が増大することが数値的に示された.本研究結果は,RANSでは確認できなかった現象であり,局所エロージョン現象の解明を促す非常に貢献度の高い成果である.また,局所エロージョン現象の解明には,LESに基づく非定常流れ場解析が必須であることを示唆するなど,非常に重要かつ有意義な知見を与えている.

The engine M-V4 and H-IIA6 failed to fire the engine. The inner wall of the wall is heated by heat loss and heat resistant material. The lower wall is heated by heat loss and heat resistant material. The outer wall is heated by heat loss and heat resistant material. The surface retreat speed of the two kinds of materials is different, and the difference between the two kinds of materials is generated. It is necessary to calculate the numerical value with high precision. This year, the investigation of the relationship between vortex structure and heat flux distribution was carried out by applying LES method to the internal flow field, backward flow, step difference and supersonic flow. As a result, the flow rate of heat on the wall increases. The results of this study confirm that RANS has a high contribution to the understanding of this phenomenon. It is very important to understand the unsteady flow field analysis of LES.