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超音速パラシュートの開傘ダイナミクスに関する数値解析

机译:超音速降落伞打开动力学的数值分析

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摘要

近年,米国やヨーロッパをはじめとする世界各国で火星探査が提案されており,日本でもJAXA (宇宙航空研究開 発機構)において火星着陸探査ミッションが検討されてい る.火星着陸ミッションにおいては当然,探査機を火星大 気圏を突破して火星地表面まで輸送する必要があるが,火星大気は地球のものと比較して密度が1/100であるため, 大気突入後のカプセルの速度は亜音速まで減速することな く,マッハ1.6程度の超音速である.この超音速域での技 術として現在JAXAで提案されているのがリーフイング制 御を伴う超音速パラシュートによる減速である.%This paper presents the recent efforts to characterize the maximum load experienced by a Disk-Gap-Band type parachute to support Mars landing mission currently considered at JAXA. We simulated the structure-flow interaction with CFD solver coupled with a mass-spring-damper structural model. The interaction was modeled using a 3D elastic canopy model and the immersed boundary method. Flow parameters were computed for a Mach 1.6 free stream condition. The flow field solution was post processed to yield the drag coefficient. In addition, experimental campaigns were conducted at JAXA supersonic wind tunnel facilities. The time histories of the drag coefficient were recorded; the shock shapes and the canopy opening process were visualized by Schlieren diagnostics to provide data and validate the numerical models. The computed averaged drag coefficient was found to be within 5% with the measurement. The breathing frequency computed from Fast Fourier Transform analysis was found to be a similar tendency with the experimental data.
机译:近年来,已在包括美国和欧洲在内的世界多个国家提出了火星探测的建议,而在日本,JAXA(日本航空航天探索局)正在考虑进行火星着陆探测任务。有必要将飞机运送到火星大气层并将其运送到火星表面,但是,由于火星大气层的密度是地球的1/100,因此进入大气后的舱速是亚音速的。它不会减速,它的超声速约为1.6马赫,作为这一超音速范围内的一项技术,JAXA当前正提议通过具​​有浮动控制功能的超音速降落伞进行减速。介绍了最近为表征磁盘间隙带降落伞在支持JAXA上进行的火星着陆任务所经历的最大载荷而进行的工作,我们模拟了与CFD求解器的结构-流相互作用以及质量-弹簧-阻尼器结构模型。使用3D弹性冠层模型和沉浸边界方法对相互作用进行建模,计算了1.6马赫自由流条件下的流动参数,对流场解进行后处理以产生阻力系数,此外,在JAXA进行了实验记录风阻系数的时间历程,激波形状和冠层张开过程由Schlieren诊断程序可视化以提供数据并验证数值模型。计算得出的平均阻力系数与测量值相差不超过5%。通过快速傅立叶变换分析计算出的呼吸频率与实验数据具有相似的趋势。

著录项

  • 来源
    《日本航空宇宙学会論文集》 |2017年第5期|208-214|共7页
  • 作者单位

    東京大学大学院新領域創成科学研究科先端エネルギー工学専攻;

    国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構;

    国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構;

    名古屋大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻;

    国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構;

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