レーザー駆動高エンタルピー風洞の研究

激光驱动的高焓风洞研究

基本信息

批准号：
19656224
负责人：
荒川義博
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙往還機や惑星探査機の開発には大気突入時に過酷な空力加熱から機体を守る熱防護システムが必要である.そのためには地上設備により突入環境を模擬する必要があり,このような高エンタルピー気流を生成するため,本研究では連続発振レーザーによりガスを加熱するというレーザー駆動風洞を提案し,その可能性に関する基礎実験を行ってきた。1.純酸素,二酸化炭素レーザープラズマの気流生成本年度は前年度に引き続き作動ガスとして,雰囲気圧力,レーザー出力,レーザープラズマ生成部ならびにオリフィス,超音速ノズルの幾何形状など作動環境や作動条件を変化させて,純酸素,二酸化炭素を用いてレーザー維持プラズマ(Laser Sustained Plasma)の生成実験を行った.その結果,レーザー出力800W〜1500Wにより総圧0.2MPa〜0.7MPaの二酸化炭素プラズマの安定作動とその高エンタルピー気流の生成に成功した.一方,100%純酸素プラズマでは着火時のロッド(SUS)の損耗が激しく生成維持が困難であったが,アルゴンなどの希ガスを混合することにより,レーザープラズマの生成と維持が次第に安定化して,当初の目標にほぼ相当する高エンタルピー気流を生成することが可能となった。2.風洞性能評価上記レーザープラズマの生成に関する基礎データを取得後,LSPを超音速ノズルにより加速することで風洞としての性能を検証した.診断法は半導体レーザー吸収分光法システムを用いた.吸収プロファイルのドップラー幅及びドップラーシフトよりノズル出口直後での並進温度分布及び流速分布を取得し,これより,気流の比エンタルピー分布,化学組成分布を求めた.またこれに加えて,二酸化炭素の気流での測定精度を高めるため高感度レーザー吸収分光法(lntegrated Cavity Output Spectoscopy)の適用を試みた.これらの計測実験により,レーザー駆動による高エンタルピー風洞の諸特性を調べ,風洞性能の評価を行った。

航天器和行星探测器的发展需要一个热防护系统，以保护飞行器在进入大气层时免受严重的气动加热。为此，需要使用地面设备模拟进入环境，为了产生气流，本研究提出了一种激光驱动的风洞，用连续波激光加热气体，并对其可行性进行了基础实验。 1.纯氧和二氧化碳激光等离子体气流产生今年延续上年，我们将使用工作气体作为工作气体，改变大气压、激光输出、激光等离子体产生部分等操作环境和操作条件、孔口以及超音速激光持续等离子体喷嘴的几何结构。结果，我们成功地稳定运行了总压为0.2 MPa至0.7 MPa的二氧化碳等离子体，并使用800 W至1500 W的激光输出成功地产生了高焓气体流。另一方面，我们成功地产生了使用 100% 纯氧等离子体的高焓气流让我们点燃。当时棒（SUS）磨损严重，难以维持生成，但通过混合氩气等稀有气体，激光等离子体的生成和维持逐渐稳定，激光等离子体能够达到几乎达到了最初目标的高水平，可以产生焓气流。 2. 风洞性能评估在获得有关激光等离子体产生的基本数据后，我们通过用超音速喷嘴加速LSP来验证其作为风洞的性能。诊断方法使用半导体激光吸收光谱系统。吸收轮廓的多普勒宽度和多普勒希夫由此，我们得到了喷嘴出口后的平移温度分布和流速分布，并由此确定了气流的比焓分布和化学成分分布。除此之外，为了提高碳的测量精度二氧化碳气流，高灵敏度激光吸收光谱（集成）通过这些测量实验，我们研究了激光驱动高焓风洞的各种特性并评估了风洞性能。