HOPEの極超音速流空力設計CFD解析

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  • CFD analysis of hypersonic aerodynamic design of HOPE

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航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本

National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan

極超音速飛翔体の設計についてのCFD(数値流体力学)研究活動は、OREX(軌道再突入実験機)、HYFLEX(極超音速飛行実験)およびHOPE-X(宇宙往還技術試験機)など日本の宇宙往還機の開発に呼応して大きく発展した。HOPE-Xは2004年に打ち上げられる予定です。現在、これらCFD計算コードの検証は、おもに計算結果を米国のAEDC(アーノルド工学開発センター)およびカルスパンの衝撃風洞を使用した実験結果との比較を通して進められている。現在のCFDコードを用いることによって、空力特性および熱空力特性が過酷な設計のトレランスの範囲内で正しく予測されることが示されている。高エンタルピー流れの解析に対しては、HYFLEX飛行データ、HEK(角田宇宙推進技術研究センター高温衝撃風洞)の衝撃風洞実験およびスペースシャトル飛行データが実在気体のCFDコードに利用されている。本研究においては、HOPE-Xの設計軌道に沿った実在気体の粘性相互作用と影響を検討するためのパラメトリック計算を、これらのCFD設計コードを用いて行った。特に、トリム能およびエレボンやボディフラップの制御面の効率を評価した。また、打ち上げフェーズのHOPE-X周りの乱流加熱についての検討を行い、低迎角における空力乱流加熱の計算結果をAEDCのマッハ6における熱伝達測定結果と比較した。本研究の計算によってHOPE-Xの基本設計フェーズに対する一連のCFD作業を完成した。

CFD (Computational Fluid Dynamics) activity for hypersonic aerodynamic design has increased enormously due to the developments of Japanese reentry spacecraft, OREX (Orbital Reentry Experiment), HYFLEX (Hypersonic Flight Experiment), and HOPE-X (H-2 Orbiting Plane Experimental). HOPE-X will be launched in 2004 by H-2A rocket. At present, validations of CFD codes have been made mainly by comparing numerical results with AEDC (Arnold Engineering Development Center) hypersonic wind tunnels and Calspan's shock tunnels. It is known that aerodynamic characteristics and aerothermodynamic heating are correctly predicted by the present CFD code within the severe design tolerance. For high enthalpy flow analysis, HYFLEX flight data, HEK (High Enthalpy shock tunnel at Kakuda Research Center) shock tunnel experiment and space shuttle flight data are utilized for the validation of real gas CFD code. In this paper, using these validation codes, parametric computational design study are being made to investigate viscous interaction and real gas effects along the HOPE-X planned trajectory. Especially, trim capability and efficiency of control surfaces such as elevons and body flaps are evaluated. Also, study about turbulent heating around HOPE-X at launching phase are carried out and comparisons of aerodynamic turbulent heating at low angles of attack are made with AEDC Mach six heat transfer measurements. Through the present computations, a series of CFD works for HOPE-X basic design phase are completed.

資料番号: AA0001958020

レポート番号: NAL SP-41

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