再使用ロケット逆噴射ジェットのPIV計測

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垂直離着陸型ロケットが降下時にエンジンを再着火して減速・軟着陸する場合、一様流とエンジンの逆噴射流との干渉が、空力特性に大きな影響を与える。これまでに行われた風洞試験による力計測では、計測された機体抗力係数C_dは、逆噴射時、推力の増加に伴い抗力は増加するものの、ある推力範囲においては、ジェット噴射なし(推力0 %)よりも、抵抗値が小さくなる場合があり、条件によっては、逆噴射によって降下速度が増す可能性があることが指摘されている。これらの現象については、逆噴射ジェットと一様流との干渉によって生じる流れ場が、推力の違いによって大きく変化することが予想されるが、その詳細については、未だ明らかとはなっていない。逆噴射ジェットの空間速度場計測に対して、PIV(Particle Image Velocimetry)を用いることで、従来のプローブを用いた点計測とは異なり、瞬時の空間速度場情報を得ることが可能なため、非定常性が強い速度場における高い有効性が期待される。そこで本研究では、この干渉流の空力特性に影響を与えるメカニズムを解明する目的で、PIVシステムによる空間速度分布の計測を試みた。その結果、逆噴射ジェットの形状やよどみ点位置に関する情報を得るとともに、平均及び瞬時速度分布並びに乱流強度に関するデータを取得した。これらの計測結果より、逆噴射ジェットと一様流との干渉による強い非定常性が観測され、さらに、ジェットの有無により、ノズル出口上流部の流れの変化だけでなく、模型後流部での剥離の状態が大きく変化することが明らかとなった。以上の結果より、PIV計測により、逆噴射時の場合、噴射なしの場合より抵抗が小さくなるという現象が生じる原因に関して、流れ場との対応関係が解明された。
宇宙航空研究開発機構の論文

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