宇宙往環還機の大気圏突入空力加熱の研究

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宇宙往環還機の大気圏突入空力加熱の研究

フォーマット:
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
タイトル(他言語):
Aerodynamic Heating In Atmospheric Entry of Space Transportation
責任表示:
西田 迪雄(九州大学・工学部・教授)
NISHIDA Michio(九州大学・工学部・教授)
本文言語:
日本語
研究期間:
1988-1989
概要(最新報告):
我国が1990年代後半に実用化を目指しているHOPE(再使用型無人宇宙往還機)が遭遇する最大の問題の一つは、大気圏突入時の空力加熱である。突入時の飛行マッハ数は高度70Km以上で20以上になるので、機体や翼先端に形成される衝撃波は非常に強く、従って、衝撃波背後で空気温度は非常に高くなる。(ちなみに飛行マッハ数28に対する衝動波背後の気体温度は高度80kmでは2万度以上になる)。その結果、空気を構成している窒素分子と酸素分子の一部が解離し、完全気体とは異なる熱力学的に非平衡な化学反応を伴う流れ場が生み出される。従って、従来の巨視的な完全気体の取扱はもはや成り立たず、(1)分子振動緩和の効果、(2)解離、再結合の効果、(3)壁面触媒性の効果、等を含めた解析が必要になる。空力加熱はこのような流れ場の解析結果より求めなければならない。本研究の初年度では上記の3効果を含めた流れ場の数値計算を、鈍頭物体モデルに対して行なった。飛行条件は高度90,80,70kmでのHOPEの大気圏突入条件を用いた。これより空力加熱量が計算された。2年度では中高度(60,50kmでの空力加熱量の計算が行なわれた。中高度では大気密度が高くなるので、化学反応は平衡として取り扱われた。数値計算結果より最大表面温度は2千度以下であることが判明した。また表面触媒性の効果は大きく、非触媒性壁の場合には、空力加熱量が最小になるので、今後開発される耐熱壁面材として、この非触媒性の性質を有する材質が望ましいことが分かった。一方、ア-ク加熱低密度風胴を用い、岐点熱流束の計測が行なわれた。さらに二、三の耐熱材候補に対して、熱電対による温度計測を行い、10数分後に得られる平衡関度が求められた。本研究結果の詳細は成果報告書に述べられている。 続きを見る
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