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次世代有人宇宙ミッション実現へ向けた複合系流れ場解析と再突入軌道設計

实现下一代载人航天任务的复杂流场分析和再入轨迹设计

基本信息

批准号：
13J04485
负责人：
石原知明
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は地球帰還友人宇宙機の高精度熱空力予測に向けた熱化学非平衡，輻射，アブレーション，乱流といった高エンタルピー流れの宇宙機周りでの物理現象間相互作用を考慮した複合系の流れ場解析を行うことである. 2年目までに極超音速乱流場における数値解析コードを開発した．しかし，高エンタルピー流れにおいては実験と数値計算との差異が確認されており, コードの妥当性を検証するためにも実機に近い高エンタルピー流れを生成できる高温衝撃風洞HIESTの結果と数値計算結果の差異の解明を目標とした．HIESTにおける鈍頭物体間周りの計測結果と数値計算結果との比較検証の結果，壁面熱流束と壁面圧力において差異が観測されている．前者の壁面熱流束に関しては, 2年目までにその原因の解明と高精度に予測するための補正法を提案し, 本年度, Transaction of JSASSにJournal論文として刊行された. また壁面圧力については, 鈍頭周り流れ場解析の上流条件を決めるノズル解析コードにおいて従来の手法に問題があることを発見し，その補正法を提案した．この結果についてまとめたものもAerospace Science and TechnologyにJournal論文として刊行された．さらに開発した極超音速乱流場コードとこれらの補正法を用いて，HIESTで行われたダイアモンドラフネスを用いた壁面熱流束測定結果とも比較を行った．非定常乱流場における正確な熱流束を予測するためには, トリップ形状等の工夫が必要があるとわかった．極超音速乱流場における正確な熱流束を予測するためには, 実験と数値計算のより詳細な検証が求められるが，本研究を通して得られた補正法と極超音速乱流場解析コードを用いることで，高エンタルピー条件下における壁面熱流束及び空力係数を予測可能になることが期待される．

The purpose of this study is to consider the interaction between physical phenomena in the cycle of a cosmic machine and to analyze the flow field of a composite system for high precision thermo-aerodynamic prediction of the Earth and its friends. 2 years ago, the hypersonic turbulent potential flow was analyzed numerically. High temperature shock wind tunnel HIEST results and numerical value calculation results and comparison results of measurement results and numerical value calculation results of blunt objects The difference between wall heat flux and wall pressure is measured. The former is related to the wall heat flux, and two years ago, the cause of the problem was solved and a correction method was proposed for high-precision prediction. This year, the Transaction of JSASS Journal was published. A method for solving the problem of wall pressure and upward flow conditions in flow field analysis is proposed. The results were published in Aerospace Science and Technology Journal. The results of the wall heat flux measurement were compared with those of the HIEST method. The time required for accurate heat flux prediction due to unsteady potential flow This paper presents a correction method for hypersonic turbulent potential flow analysis. The prediction of wall heat flux and cavitation coefficient is possible under high temperature conditions.