極超音速流れにおける放電プラズマ現象の物理の解明

阐明高超声速流中放电等离子体现象的物理原理

• 批准号: 11J06441
• 负责人: 渡邉 保真
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06441/
• 关键词: 放電プラズマ; 極超音速; 風洞実験; 高エンタルピー流体; 数値流体力学; 空力制御; 放電気流制御; 放電プラズマ; 極超音速; 風洞実験; 高エンタルピー流体; 数値流体力学; 空力制御; 放電気流制御

本研究の目的は, 将来の極超音速空力制御を見据えた放電プラズマによる気流制御メカニズムの解明とその物理モデル考案であり, 最終年度に当たる平成25年度は, 昨年度までに完了した気流制御現象への理解とその物理モデルを基に, 実用的な空力制御への応用を扱った. ここでは, ①直流アーク放電プラズマを用いた極超音速空力制御法として有望な制御装置コンセプトとして, ボディーフラップ前方での放電による空気力制御を提案し, ②その制御効果を数値解析により評価, 更に③極超音速風洞実験により制御性能及び効率を検証・評価した.①本研究で提案する放電空力制御装置として, ボディーフラップ前方での放電プラズマにより舵面での空気力を瞬時に制御し機体の制御モーメントを操作可能とする装置を考案した. この模型は2平面が舵角20度を成して接合された二重楔形状であり, 斜面前方に電極を配置し, 後方の舵面を模した斜面上の空気力変動をまずは数値解析により評価した.②数値解析の結果, 放電気流制御により舵面で発生するピッチングモーメント及び抗力係数は, 何れも舵角が小さい場合に相当する値に減少する事が判明した.③この空力制御効果と制御効率を定量評価する為極超音速風洞実験を行った. 配線接続を有する実験模型の空気力計測の為, 新型の力計測系を開発し, これを実験に用いた. 実験の結果, 数値解析での予測と同様の空力制御効果が確認された. 投入電力ベ一スで評価した抗力低減効率は300%を超える高効率であった. 更に, 空気力が静定するまでに掛かる応答時間は0.1秒以下と, 数秒から10秒程度の応答時間を有する従来型の舵面制御に比べ極めて優位性のある制御手法である事が解明された. 上記とは別に放電に対し磁場を印加した際の補助的な気流制御効果を実験により調査したが, 永久磁石による0.1テスラ程度の磁場を用いた場合では圧力を始め流れ場に余り大きな影響を与えないことも判明した. (800字)

这项研究的目的是使用排放血浆来阐明气流控制机制，以关注未来的超音速空气动力学控制并设计其物理模型。在2013年，2013年的最后一年，我们讨论了对气流控制现象的理解，直到去年及其物理模型，并针对空气动力控制的实际应用。在这里，提出了使用直流电弧排出血浆的高超音速空气动力控制的有希望的控制装置概念，并使用数值分析评估了控制效果，并使用高音风隧道实验对控制性能和效率进行了验证和效率。 1。当这项研究中提出的排放空气动力控制装置时，我们设计了一种装置，该装置使用放电的血浆在身体皮瓣前面立即控制舵表面的空气动力，从而可以操作机身的控制力矩。该模型具有双楔形形状，其两个平面以20°的草皮角连接，并将电极放在坡度的前面，并且首先通过数值分析评估了模拟后草皮表面的空气动力力波动（模拟后草皮表面）。 ②数值分析表明，通过放电流控制在草皮表面产生的倾斜矩和阻力系数均简化为对应于草皮角度小时的值。 ③进行高超声风洞实验，以定量评估空气动力控制效果和控制效率。开发了一种新的力测量系统，以测量具有接线连接的实验模型的空气动力，并且在实验中使用了这一点。实验结果证实了与数值分析所预测的相同的空气动力控制效果。通过输入功率基础评估的降低效率的高效率超过300％。此外，空气动力保持静态所需的响应时间为0.1秒或更少。已经揭示了这种控制方法比常规舵表面控制非常有利，后者的响应时间为几秒钟至10秒。除上述外，通过实验研究了磁场应用于放电时的辅助气流控制效果，还发现，当使用永久磁体的磁场约为0.1 Tesla时，对流场（包括压力）没有显着影响。 （800个字符）