エアロスパイクノズルの性能評価と流れ場の数値解析

气动塞式喷管性能评价及流场数值分析

基本信息

批准号：
00J07301
负责人：
伊藤隆
金额：
$ 1.92万
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は噴射部分をモジュール化したより実機に近い形状のクラスター型エアロスパイクノズルについて解析を行った。去年までは理想長の20%の長さを持ったノズルのみに着目して解析を行ったが、本年度はノズルの長さが推力にどの様な影響を及ぼすかを調べるために、理想長の100%、30%、及び20%の長さのノズルについて調べた。その結果、クラスター型エアロスパイクノズルはモジュール化しないアニュラー型エアロスパイクノズルに比べ、切断によるスペース面での推力補填の能力が高く、モジュール化をしても切断による影響は殆ど無いことが分かり、より軽量化を図ることができるノズルであることを示した。また、宇宙機の帰還時及びアボート時等の状況を想定し、各モジュールの作動を停止させたときの推力への影響を調べた。その結果、隣り合った噴射モジュール数が多い方が、各モジュールからの排気流干渉をより多く起こすことができ、ノズル表面に高圧領域を形成することで、より高い推力を維持させることができることが分かった。また、地球帰還時に揚力を稼ぐリフティングボディ形状の期待にエアロスパイクノズルを搭載することを想定し、リニア型エアロスパイクノズルの解析も行った。リニア型エアロスパイクノズルで初めて確認される横方向の排気流膨張が推力へ与える影響について特に調べた。その結果、低圧力比の領域においては横方向の膨張が推力へ与える影響は少ないが、高圧力比領域になると影響がより顕著に現れることが分かった。横方向の膨張を防ぐために横壁を有した形状で解析した結果、横壁を有しないノズルよりも非常に高い性能を発生することが分かった。

今年，我们分析了一种集束式气动塞式喷嘴，其注射部件模块化，形状更接近实机。直到去年，分析都只集中在长度为理想长度20%的喷管，但今年，为了研究喷管长度如何影响推力，我们分析了长度为20%的喷管。研究了 100%、30% 和 20% 长度喷嘴的百分比。结果发现，集束式气动钉喷管比未模块化的环形式气动钉喷管具有更高的因切割而在空间方面补充推力的能力，而且即使模块化，也有较高的空间推力补充能力。表明喷嘴可以做得更轻，几乎没有切割效果。此外，假设航天器返回或中止等情况，我们研究了每个模块停止运行时对推力的影响。结果，相邻的喷射模块越多，来自每个模块的排气流干扰就越多，并且通过在喷嘴表面上形成高压区域，可以保持更高的推力。我们还分析了线性气动塞式喷嘴，假设气动塞式喷嘴将安装在升力体形状中，在返回地球时会产生升力。我们专门研究了横向排气流膨胀对推力的影响，这首先是在线性气动塞式喷嘴中观察到的。结果发现，在低压比区域，横向膨胀对推力的影响很小，但在高压比区域，这种影响变得更加明显。通过对具有水平壁防止横向膨胀的喷嘴进行分析，发现该喷嘴的性能比没有水平壁的喷嘴高得多。