再使用型ロケットの垂直着陸における空力特性と運用性の研究

可重复使用火箭垂直着陆气动特性及操作性研究

基本信息

批准号：
21K04490
负责人：
野中聡
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04490/
关键词：
再使用型ロケット垂直着陸空力特性

项目摘要

本研究では垂直着陸型再使用ロケットの着陸フェーズにおいて、減速・軟着陸のためのエンジン排気プルームと機体周りの流れの干渉と、機体底面および着陸脚へ与える熱的・機械的な影響を考え、運用システムとして成立する機体形状や姿勢運動を含めた飛行プロファイルなどについて、空気力学および運動力学の観点で考察し、垂直着陸型再使用ロケットのシステム構築に必要となる空力設計や着陸方法の考え方を示すことを目的としている。1年目の令和3年度においては、再使用ロケットの着陸時におけるエンジン排気プルームを模擬するための風洞実験が可能なスケールモデルを設計するとともに、圧力計測システムの構築とその動作確認を行った。風洞実験に必要な圧力センサの仕様を設定し、計測システムを構築して風洞実験により動作確認を実施した。2年目の令和4年度においては、1年目に設定した機体形状により、排気プルームを伴う機体周りの流れ場を模擬するための風洞実験が可能なスケールモデルを試作して、基礎的なデータを取得するための実験を実施した。スケールモデルには小型の気畜器とバルブを内装し、機体底面に設けられた貯気槽とノズルから排気プルームを模擬したジェットを吹き出す機構を構築した。過去の研究においては、外部からガスを供給するための配管が必要であったが、このシステムによって、内部からのガス供給が可能となり、モデル周りで流れ場に影響を与えていた外部配管が不要となったため、より正確に流れ場を再現することを可能とした。さらに、機体表面の圧力分布を計測するため、モデル表面全体に圧力孔を分布させ、圧力センサをモデルに内装することで、機体周りに形成される非定常な流れ場による圧力分布を精度よく計測することを可能とした。構築した模型により風洞実験を行い、表面圧力の計測、模型駆動装置による迎角変更などの確認し、空気力評価の準備を整えた。

在本研究中，在垂直着陆可重复使用火箭的着陆阶段，我们考虑了发动机排气羽流与飞机周围气流之间的干扰以实现减速和软着陆，以及对飞机底部和底部的热效应和机械效应。我们将从空气动力学和运动学的角度考虑飞行剖面，包括作为系统建立的飞机形状和姿态运动，并提出构建垂直着陆可重复使用火箭所需的空气动力学设计和着陆方法的概念。目的是为了系统。在第一年，即2021财年，我们设计了一个能够进行风洞实验的比例模型，以模拟可重复使用火箭着陆时的发动机排气羽流，并构建了压力测量系统并确认了其运行。我们设定了风洞实验所需的压力传感器的规格，构建了测量系统，并通过风洞实验确认了其操作。令和4年的第二年，我们利用第一年设定的飞机形状，制作了可用于风洞实验的原型比例模型，模拟带有排气羽流的飞机周围的流场，并进行了基础研究。进行实验以获得数据。该比例模型配备了一个小型储气罐和阀门，并构造了一个机构，可以从安装在飞机底部的储气罐和喷嘴中喷出模拟废气羽流的喷射流。以前的研究需要管道从外部供应气体，但该系统允许从内部供应气体，消除了影响模型周围流场的外部管道的需要，这使得可以更准确地再现流场。此外，为了测量飞机表面的压力分布，在模型的整个表面上分布有压力孔，并在模型内部安装压力传感器，以精确测量由于形成的非定常流场而产生的压力分布。使之成为可能。我们使用构建的模型进行风洞实验，测量表面压力，使用模型驱动装置确认迎角的变化，并为空气动力评估做好准备。