永田 靖典

第43回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2011 (2011年7月7日-8日. 早稲田大学国際会議場) 東京形態: カラー図版あり資料番号: AA0065207017レポート番号: JAXA-SP-11-015

第43回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2011 (2011年7月7日-8日. 早稲田大学国際会議場) 東京形態: カラー図版あり資料番号: AA0065207018レポート番号: JAXA-SP-11-015

第43回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2011 (2011年7月7日-8日. 早稲田大学国際会議場) 東京形態: カラー図版あり資料番号: AA0065207019レポート番号: JAXA-SP-11-015

柔軟構造エアロシェルを有する大気突入機は,弾道係数を小さくできるため,大気突入時の空力加熱を大幅に低減できるものとして期待されている.特に我々のグループでは,インフレータブルトーラスで支持されたフレア型薄膜柔軟エアロシェルに注目し研究を進めている.軽量かつ大型な構造体を確実に展開し,十分な強度を持たせるためには,ガス圧で構造を維持するインフレータブル構造が有効であると考えられている.しかし,インフレータブル構造を有する飛翔体について,特に雰囲気圧が大きく変化するような環境に対して詳しく理解されているとは言い難い.そこで,大気球を用いてインフレータブル柔軟エアロシェルを有する大気突入機の展開および飛翔試験を実施することにより,そのシステムを構築するための基礎的な技術や知見の獲得を目指すこととした.本稿では,インフレータブル構造を有する飛翔体の展開やその飛翔を実証するために行った気球実験について報告する.実験機は展開後の直径が1.264 m,総重量3.375 kg,弾道係数2.69 kg/m^2であり, エアロシェルはガス圧膨張可能なインフレータブルトーラスとナイロン製の薄膜フレアで構成される.大気球により高度25 kmまで上昇させ,エアロシェルの展開を行ったのち,気球から実験機を切り離し,約30分間の飛行を行った.全てのシークエンスは正常に実施され,以下の成果を得ることができた.1)地上からのコマンドに対応して,折り畳まれたエアロシェルを正常に展開することに成功した.2)フライトデータより,供試体の飛行特性に関する抵抗係数等のデータを取得した.3)インフレータブルエアロシェルの構造強度に関して,事前の風洞試験と比較できる有用なデータを取得した.

近年、数値解析の大規模化や形状の複雑化が進む一方、期間の短縮、解析の高精度化が求められている。自動車、航空機、流体機械など流体に関する工学分野において数値流体力学(CFD)は非常に重要な解析と設計ツールとなりつつある。今後CFDは大きな役割を果たすことが期待されているが、高い予測精度を達成するには依然高い計算負荷がかかる。計算を行うハードウェアには大規模な並列計算機システムが採用され、計算時間を短縮するためにコードの並列化は必要不可欠となっている。宇宙航空研究開発機構超音速機チームでは、独自に汎用CFD解析ソルバーADCS(Aero-Dynamic Computational System)を開発し、これまで低速から高速まで様々な流れの解析を行ってきた。ADCSは有限差分法により支配方程式であるRANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程式を離散化し、複雑形状に対応するマルチ・ブロック構造格子技術を採用し、領域分割法に基づいた並列化を施すことで、大規模計算にも対応可能である。本論文ではADCSで採用された計算手法について述べ、検証計算を通してその妥当性について述べる。検証計算は平板境界層、2次元翼、3次元翼、亜音速機の翼胴形態、および超音速機に対して行い、それぞれ妥当な解を得ることができた。

The expansion tube is known as a simple facility realizing a high enthalpy flow and has been employed in a variety of applications ranging from a super-orbital reentry capsule to an electrodynamic heat shield technique. In this study, the flow generated in the expansion tube was experimentally and theoretically investigated to evaluate the test time period and the test flow condition realized in the expansion tube about several flow conditions. The pitot pressure was measured at the test section and the secondary pitot pressure jump which indicates the contact surface arrival was observed. This fact is also confirmed through observations of the flow field around the pitot pressure probe. For the highest flow velocity case, the simple theoretical method assuming equilibrium flow gives a good estimation about flow conditions and test time. However, for the other cases, this estimation method must be improved.

第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008. 会期: 2008年6月12日-6月13日. 会場: 東北大学片平キャンパス形態: カラー図版あり資料番号: AA0064303020レポート番号: JAXA-SP-08-009

第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008. 会期: 2008年6月12日-6月13日. 会場: 東北大学片平キャンパス形態: カラー図版あり資料番号: AA0064303005レポート番号: JAXA-SP-08-009

磁気プラズマセイル(Magneto Plasma Sail, MPS)とは外惑星探査用の推進システムであり,太陽から放射されている太陽風を,機体の周りに発生させた磁場で受け止めることで推力を発生させる.MPSでは機体からプラズマを噴射することで磁場を拡大させるが,これによりコイルや機体を小さくできると考えられている.このように太陽風を利用することで従来の推進システムより推力,比推力ともに大きくできると考えられている.本研究では,太陽風とMPS周りに発生させた磁場との相互干渉に関する3次元電磁流体(Magnetohydrodynamics , MHD)解析を行い,噴射プラズマと発生する推力の関係について調べた.また,磁場拡大に用いるプラズマの噴射で得られる反力とMPSで得られる推力との比較を通してMPSの有効性について調べた.解析の結果,噴射プラズマの動圧と磁気圧との比であるβ値が大きいほど推力は大きくなるが,低いβ値を用いなければMPSの推力より噴射の反力の方が大きくなってしまう可能性があることがわかった.