完全再使用型宇宙往還機の実現に向けたリニアエアロスパイクノズル噴流の実験的解析

线性气动塞式喷嘴射流实现完全可重复使用航天器的实验分析

基本信息

批准号：
16760123
负责人：
森英男
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

低コストの宇宙輸送システムの要求が高まる中,完全再使用型宇宙往還機の推進機関用ノズルとしてエアロスパイクノズルの実用化が期待されている.現在ロケット推進用に用いられているベル型ノズルと異なり,エアロスパイクノズルでは常に外気とつり合うように膨張するため,単一のノズルで低高度から高高度まで高い性能を維持できる特性を持つ.本研究では,NO-LIF法(レーザー誘起蛍光法)による可視化技術を用いて,リニア型エアロスパイクノズルの膨張流の任意断面における可視化画像を測定するとともに,気体流と干渉する固体表面の圧力分布計測が可能な感圧塗料(PSP)による圧力計測法を用いて,ノズル噴射時におけるスパイク表面の二次元的かつ連続的な圧力分布測定を行い,それらの結果を解析することによって複雑な噴流構造を実験的に解析した.二次元流を仮定して設計されるリニア型エアロスパイクノズルでは,設計で考慮しない側方への膨張が推力損失をもたらす可能性があるため,側方への膨張を抑制するためにノズルに側壁を設置する手法が有効である.本研究では側壁の有効性を検証するため,側壁の有無で異なる噴流構造およびスパイク表面圧力分布を実験により比較した.その結果,側壁により側方への膨張が抑制され,設計通りの噴流構造が得られたことを示すとともに,スパイク表面上に働く圧力も側壁のないノズルに比べて大きくなるため,側壁の設置により推力増加が見込まれることを明らかにした.さらに,側壁付きノズルの流れ場の解析結果から,エアロスパイクノズルの特徴である圧力比の変化に伴う噴流の変化を示し,特に設計圧力比未満の圧力比条件においてスパイク表面全域にわたって圧力が大気圧より低くならず,従来のベル型ノズルで生ずるような低圧力比条件における過膨張およびそれに伴う噴流の剥離が生じないことを明らかにすることで,本ノズルの有用性を示した.

随着对低成本太空运输系统的需求增加，气动塞式喷嘴有望作为完全可重复使用的不同航空航天器的推进发动机喷嘴投入实际使用。尖峰喷嘴总是膨胀以与外界空气平衡，因此单个喷嘴具有从低海拔到高海拔都能保持高性能的特点。在本研究中，我们将使用NO-LIF方法（激光诱导荧光）的可视化技术。使用除了测量近型气动塞式喷嘴膨胀流的任意截面处的可视化图像外，我们还采用了使用压敏涂料（PSP）的压力测量方法，可以测量干扰固体表面的压力分布。探查气体流量。通过测量射流表面的二维连续压力分布并分析结果，对复杂的射流结构进行了实验分析。假设二维流动，设计了线性气动尖嘴喷嘴。设计由于向喷嘴的膨胀可能会导致推力损失，因此在喷嘴上安装侧壁来抑制向侧面的膨胀是有效的。在本研究中，为了验证侧壁的有效性，不同的射流结构和尖峰表面压力有和没有实验对比了力的分布。结果表明，侧壁抑制了横向膨胀，获得了设计的射流结构，而且由于尺寸较大，作用在尖峰表面的压力也低于无侧壁的喷嘴。，需要安装侧墙。此外，对带有侧壁的喷管流场的分析结果表明，射流随着压力比的变化而变化，这是气动塞式喷管的一个特性，特别是当压力比小于设计压力比时。比率条件通过证明整个长矛表面的压力不会低于大气压，并且在传统钟形喷嘴发生的低压比条件下不会发生过度膨胀和相关的射流分离，从而证明了该喷嘴的有用性。它显示了它的性欲。