マルチによるリエントリーノーズコーンの熱保護のための横方向シングルジェットの影響

May 08, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6549 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

現在の高速自動車の進歩における主な課題は、空気力学的加熱です。 この研究では、高速自動車の熱保護のための横方向ジェットの応用が広範囲に研究されています。 横方向冷却剤ジェットのシミュレーションは、高速条件での数値流体力学を介して行われます。 空気力学的加熱を軽減するための最適なジェット構成を見つけることが、この研究の主な目標です。 2 つの異なる冷却剤ジェット (ヘリウムと二酸化炭素) が冷却剤ジェットとして調査され、流れの研究と燃料の浸透メカニズムが完全に提示されます。 さらに、ノーズコーンの本体にかかる熱負荷を異なる構成で比較します。 我々の結果は、スパイクの先端付近に横方向のジェットを噴射することが、船首衝撃のたわみによる本体の熱保護に効果的であることを示しています。 また、拡散率の低い二酸化炭素ジェットは、多列ディスクを備えた前部機体を激しい空力加熱から保護するのに効果的です。

航空宇宙および自動車の分野では、空気力学的加熱は、極超音速/超音速の流れがエネルギー項に変化することによる固体付近の加熱プロセスとして知られています 1,2。 運動量の熱エネルギーへの変換は単純なプロセスのように見えますが、流れへの影響は非常に複雑です3、4、5。 空力加熱のプロセスは主に、高速自動車のノーズコーン付近で発生します。 このプロセスはこれらの高速自動車にとって非常に重要であり、素晴らしい加熱によりノーズコーンの焼けに影響を与えます6、7、8、9。 さらに、空気力学的な加熱により、デジタル信号の伝送にノイズが発生します。 空気力学的加熱のこれらの不利な点は、航空宇宙および自動車のエンジニアがこのプロセスを管理する動機となっています10、11、12。

ノーズコーンを空気力学的加熱から保護するための技術がいくつかあります。 空気力学的加熱の管理における主な課題は抗力です13、14、15。 実際、ドラグ力のレベルは推奨テクニックの範囲内に保つ必要があります。 機械、流体、エネルギーデバイスの 3 つの主要な技術は、以前の研究で調査および検討されてきました 16、17、18、19。 これらの技術では、本体への自由流の付着を避けるために、それぞれスパイク、冷却剤ジェット、エネルギー源が使用されます。 これらの技術は、本体に受け入れられた後の主流の温度を効率的に下げることができた20、21、22。 しかし、これらの技術の主な課題は高い抗力であり、これがこの分野でこの問題を解決することが研究者の課題となっている23,24。

これらの方法のうち、ノーズコーン付近の高熱負荷を軽減する従来の主な技術はスパイクである25,26,27,28。 スパイクは、メイン ノーズ コーンからの主要な超音速の流れをそらすために、ノーズ コーンの先端に配置された長くて細いロッドとして知られています 29,30。 実用的な方法としてスパイクが使用されるのは、その単純さによるものです 31,32。 さらに、この技術では超音速の気流がスパイクによって分岐されるため、抗力が減少します。 スパイク先端の形状とスパイクの長さは、このテクニックのパフォーマンスに影響を与える 2 つの要素として知られています。 以前の研究 33、34、35、36、37 では、スパイクの適用による熱負荷の低減には限界があることが報告されているものの、この技術の冷却性能は抗力として許容できないことが示されています。 したがって、機械技術のこの欠陥を補うことができる新しい技術に研究が焦点を当ててきました38、39、40。 理論的アプローチ 41,42,43,44,45,46,47、つまり数値流体力学と実験的手法により、研究者はアクセスできない条件での研究を改善することができます 48,49,50,51,52,53,54,55。 したがって、これらの技術は工学用途で広く使用されています55、56、57、58、59、60、61。