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極超音速流れにおける放電プラズマ現象の物理の解明

阐明高超声速流中放电等离子体现象的物理原理

基本信息

批准号：
11J06441
负责人：
渡邉保真
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は, 将来の極超音速空力制御を見据えた放電プラズマによる気流制御メカニズムの解明とその物理モデル考案であり, 最終年度に当たる平成25年度は, 昨年度までに完了した気流制御現象への理解とその物理モデルを基に, 実用的な空力制御への応用を扱った. ここでは, ①直流アーク放電プラズマを用いた極超音速空力制御法として有望な制御装置コンセプトとして, ボディーフラップ前方での放電による空気力制御を提案し, ②その制御効果を数値解析により評価, 更に③極超音速風洞実験により制御性能及び効率を検証・評価した.①本研究で提案する放電空力制御装置として, ボディーフラップ前方での放電プラズマにより舵面での空気力を瞬時に制御し機体の制御モーメントを操作可能とする装置を考案した. この模型は2平面が舵角20度を成して接合された二重楔形状であり, 斜面前方に電極を配置し, 後方の舵面を模した斜面上の空気力変動をまずは数値解析により評価した.②数値解析の結果, 放電気流制御により舵面で発生するピッチングモーメント及び抗力係数は, 何れも舵角が小さい場合に相当する値に減少する事が判明した.③この空力制御効果と制御効率を定量評価する為極超音速風洞実験を行った. 配線接続を有する実験模型の空気力計測の為, 新型の力計測系を開発し, これを実験に用いた. 実験の結果, 数値解析での予測と同様の空力制御効果が確認された. 投入電力ベ一スで評価した抗力低減効率は300%を超える高効率であった. 更に, 空気力が静定するまでに掛かる応答時間は0.1秒以下と, 数秒から10秒程度の応答時間を有する従来型の舵面制御に比べ極めて優位性のある制御手法である事が解明された. 上記とは別に放電に対し磁場を印加した際の補助的な気流制御効果を実験により調査したが, 永久磁石による0.1テスラ程度の磁場を用いた場合では圧力を始め流れ場に余り大きな影響を与えないことも判明した. (800字)

The purpose of this study is to investigate the physics of hypersonic aerodynamic control in the future, and to complete the understanding of hypersonic aerodynamic control phenomena in the past 25 years. A hypersonic air force control method for direct current (DC) wind tunnel applications is proposed. A numerical analysis of control effects is performed. A hypersonic wind tunnel control performance and efficiency is demonstrated. This paper proposes a new design of air force control device, which can control the air force of the airframe instantaneously. The model has two planes, a rudder angle of 20 degrees, and a double wedge shape. The electrodes are arranged in front of the inclined plane, and the air force changes on the inclined plane of the rear rudder surface are evaluated. 2. The numerical analysis results show that the drag coefficient and drag coefficient of the rotor flow control system are reduced when the rudder angle is small. (3) Quantitative evaluation of aerodynamic control effect and control efficiency for hypersonic wind tunnel operation. A new type of force measurement system has been developed and applied in the air force measurement of the distribution connection model. The results of numerical analysis are confirmed by the results of air force control. Input power is rated as low as 300% and high as high. Moreover, the response time of the static air force is less than 0.1 seconds, and the response time of several seconds is about 10 seconds. In the case of permanent magnets, the magnetic field is applied to the first part of the magnetic field, and the influence of the magnetic field on the magnetic field is determined. (800 word)