次世代有人宇宙ミッション実現へ向けた複合系流れ場解析と再突入軌道設計

实现下一代载人航天任务的复杂流场分析和再入轨迹设计

基本信息

批准号：
13J04485
负责人：
石原知明
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は地球帰還友人宇宙機の高精度熱空力予測に向けた熱化学非平衡，輻射，アブレーション，乱流といった高エンタルピー流れの宇宙機周りでの物理現象間相互作用を考慮した複合系の流れ場解析を行うことである. 2年目までに極超音速乱流場における数値解析コードを開発した．しかし，高エンタルピー流れにおいては実験と数値計算との差異が確認されており, コードの妥当性を検証するためにも実機に近い高エンタルピー流れを生成できる高温衝撃風洞HIESTの結果と数値計算結果の差異の解明を目標とした．HIESTにおける鈍頭物体間周りの計測結果と数値計算結果との比較検証の結果，壁面熱流束と壁面圧力において差異が観測されている．前者の壁面熱流束に関しては, 2年目までにその原因の解明と高精度に予測するための補正法を提案し, 本年度, Transaction of JSASSにJournal論文として刊行された. また壁面圧力については, 鈍頭周り流れ場解析の上流条件を決めるノズル解析コードにおいて従来の手法に問題があることを発見し，その補正法を提案した．この結果についてまとめたものもAerospace Science and TechnologyにJournal論文として刊行された．さらに開発した極超音速乱流場コードとこれらの補正法を用いて，HIESTで行われたダイアモンドラフネスを用いた壁面熱流束測定結果とも比較を行った．非定常乱流場における正確な熱流束を予測するためには, トリップ形状等の工夫が必要があるとわかった．極超音速乱流場における正確な熱流束を予測するためには, 実験と数値計算のより詳細な検証が求められるが，本研究を通して得られた補正法と極超音速乱流場解析コードを用いることで，高エンタルピー条件下における壁面熱流束及び空力係数を予測可能になることが期待される．

这项研究的目的是考虑复杂系统的流场分析，以考虑到航天器周围的物理现象之间具有高焓流（例如热化学非平衡，辐射，消融和湍流）的相互作用，以预测地球返回朋友的高精度热空气动力学。到第二年，我们开发了超声波湍流场的数值分析代码。然而，实验和数值计算之间的差异已在高率流中得到证实，为了验证代码的有效性，目的是阐明高温影响风隧道的结果之间的差异，这可以产生与实际机器的高率流相似的高触发流量，这些流量与实际机器的结果以及数值的结果相似。对钝头对象的测量结果的比较验证和数值计算结果，在HIEST中，已经观察到壁热通量和壁压之间的差异。关于以前的壁热通量，提出了一种校正方法来澄清原因并在第二年之前以高准确性进行预测，并在今年的JSASS交易中发表，作为期刊论文。关于壁压力，我们发现在喷嘴分析代码中，常规方法存在问题，这些代码决定了钝头周围的流场分析的上游条件，并提出了对此的校正方法。这些结果的摘要还作为期刊论文发表在航空科学技术中。此外，使用开发的超声波湍流场代码和这些校正方法，我们还使用HIEST进行的钻石钻孔比较了壁热量测量结果。已经发现，为了准确预测非稳态的湍流场中的热通量，有必要像旅行形状这样的创造力。为了预测高血压湍流场中的准确热通量，需要对实验和数值计算进行更详细的验证，但是可以预期，通过使用通过这项研究获得的校正方法以及超声波式湍流分析代码，壁热通量和空气动力学系数在高渗透条件下，可以预测壁热和充气量的高度良好，可以预测高温量高高的量。