6月号(PDF: 687KB) - JAXA航空本部

ISSN 1343-1013
写真 6.5m×5.5m低速風洞用ONERA M標準模型(P3)
ジェット実験機の第1次空力形状を設計
小型超音速実験機プロジェクトの
第2段階として、ジェットエンジン
・主翼平面形:外翼超音速前縁型ク
ランクトアロー
付き実験機(以下ジェット実験機) ・ 水 平 お よ び 垂 直 尾 翼 面 積 :
の飛行実験が計画されています。本
実験機では、第1段階のロケット実
験機(NEXST-1)では考慮しなかっ
た推進系と機体との干渉による複雑
な流れ場を対象としたエンジン/機
NEXST-1の1.3倍
・搭載エンジン:小型超音速ターボ
ジェット(YJ69)
・インテーク:二次元可変インテー
ク
図1
第1次空力形状の設計コンセプト
体統合を中心とする最適空力設計技
・ノズル:軸対称ベル型ノズル
術が大きな柱となっております。当
・目標マッハ数:1.7
キャンバー分布、胴体断面積分布、
センターではロケット実験機で開発
・飛行高度:12,500m
ナセル配置等の主要形状パラメータ
した「逆問題設計法 」 に加えて、
1)
この空力設計には、ロケット実験
の絞り込みを行ないました。第2段
重合格子 を基にしたEuler解析に
機で開発されたソフトおよび手法を
階ではそれを初期形状として超音速
adjoint法と呼ばれる感度解析法を組
全面的に活用しました。設計は、推
における低抵抗を目的に、上記最適
み合わせた最適設計法を開発して参
進系システム、構造、装備等のシス
設計法を効果的に適用し、最終的に
りました。
テム成立性を考慮した概念形状の設
第1次空力形状としてまとめました。
計を行ない、続いてその最適化を試
ナセル外形と胴体形状の組合せに対
2)
設計要求として設定した諸元は次
みる2段階としました。第1段階では、 する最適化、および翼断面形の計算
の通りです。
・規模:実機の約1/10(全長11.5m、 主に線形理論設計とCFD解析による
機設計が適用技術の主なものです。
評価を組み合わせて、主翼平面形、 またロケット実験機同様、主翼上面
翼面積10m )
2
にCFD逆問題設計法による自然層流
翼設計も取り入れております。
図1に第1次空力形状で実現してい
る技術を示し、図2に本形状のCFD
解析結果(圧力分布)の一例を示し
ました。今後は一層の抗力低減を目
標に、本最適設計法の改善を通して
抵抗の低い第2次空力形状の設計に
つなげ、ジェット実験機の形状を決
定する予定です。
次世代超音速機プロジェクトセンター
吉田 憲司
図2
第1次空力形状のCFD解析結果(圧力分布)
yoshiken@nal.go.jp
ロケット実験機用打上げロケット・
オンランチャ試験
ロケット実験機は、オーストラリ
ト用ランチャを改修して使用しま
械的インターフェース、一連のロケ
アのウーメラ実験場で打上げロケッ
す。今回のオンランチャ試験は、こ
ット組立、ランチャへの搭載等の作
ト(なるNo.505参照)により飛行実
のランチャのあるISASの鹿児島宇宙
業手順を確認しました。また作業に
験高度、速度に投入されます。打上
空間観測所(鹿児島県内之浦町)に
要した時間やロケット/ランチャ間
げ用のランチャ(発射装置)は、共
て実施しました。試験では、まず推
の摩擦力などを計測し、今後の準備
同研究を結んでいる文部科学省宇宙
進薬の入っていないダミーロケット
や打上げの手順を決めるための各種
科学研究所(ISAS)のラムダロケッ
を用いてロケットとランチャ間の機
データを収集しました。これにより
改修などによる問題点の無いことを
確認できました。写真は、ダミーロ
ケットをランチャに装着し、打上げ
角度(70゜)に設定した状況です。
このランチャは、7月下旬から分解
に入り、豪州までの海上輸送を経て
10月にはウーメラ実験場の発射地点
での設置工事に入る計画です。
次世代超音速機プロジェクトセンター
進藤 重美
shindo@nal.go.jp
打上げ角度に設定したダミーロケット
1ページの用語解説
1)逆問題設計法:
従来は、過去のデータや経験から機体の形状を決定し、風洞試験を繰り返し行いながら、最適な形状を求めていました。
これに対し、まず目標となる性能(例えば圧力分布等)を予め設定し、CFD解析を行いながら最適な形状を導く方法が
「逆問題設計法」です。形状や飛行条件などをコンピュータ上で自由に変更できるため、従来の方法より時間とコスト
が削減できます。
2)重合格子:
ここでの意味は、機体と推進系にそれぞれ異なる適正な計算格子を設けて重複させたもので、コンピュータを用いて複
雑な形状への容易な適用を可能とするものです。
= 航 技 研 風 洞 群 に お け る 「標 準 模 型 」の 整 備 =
日本の風洞から世界の風洞へのかけ橋
データを取得しました。風洞特性の
経年変化を監視するため、定期的に
標準模型を用いた試験を実施すると
ともに、WINTECの風洞データと海
外風洞データを比較し、風洞の総合
的な信頼性を確認する予定です。風
洞群の連携強化の観点から、WINTEC内の複数風洞での試験データの
つながりの吟味も、重要な課題と考
えています。
また、CFD技術開発センターにお
いて、風洞測定部全体を模擬した
「数値風洞」を整備する予定であり、
その成果としてのCFD解析データと
風洞試験データを比較検証し、CFD
写真 6.5m×5.5m低速風洞用標準模型の風洞試験風景
コードの信頼性検証を行います。更
にはCFDデータに基づいて風洞壁干
当研究所の風洞技術開発センター
な風洞関係者から標準模型の整備状
渉や支持干渉補正法を高精度化する
(通称:ウィンテック[WINTEC]) 況に関する調査を行いました。その
等、風洞とCFDを相補的に活用して
では、世界の風洞へ繋がる我が国の
結果を参考に、海外風試データおよ
付加価値を創出していきたいと考え
標準風洞としての地位を確立し、か
び正確な模型形状が入手可能である
ています。
つユーザーにとって使いやすい風洞
という観点から、図に示す3種類の
の整備を目指しています。そのため
標準模型形状を採用することとしま
今回の標準模型整備により、日本
には、海外風洞での試験データとの
した。これらの標準模型により、低
の風洞を世界の風洞へ繋げるための
比較を通じた当研究所の風洞の総合
速から極超音速までの全速度域をカ
貴重な手段を手に入れたことになり
的な信頼性の確認、速度域の重複す
バーできます。
ます。これらの標準模型を活用し、
る風洞間のデータのつながりを確認
本年度から順次、標準模型を用い
世界の主要風洞に匹敵する信頼性を
することが非常に重要となります。 た試験を実施して行く予定で、すで
持った風洞群を育てていくことが
このたび、そのためのツールとして、 に6.5m×5.5m低速風洞において風洞
WINTECに与えられた使命と考えて
各風洞における基準となる風洞試験
います。
試験を実施し(写真)、良好な試験
データを取得するための模型、すな
わち「標準模型」を実用大型風洞を
中心に整備しました。
標準模型を整備する目的として
は、(1) 海外の著名風洞とのデータ
比較により、風洞の総合的信頼性を
確認する、(2) 風洞の経年変化や改
修に伴う風試データの再現性を確認
風洞技術開発センター
する、などが挙げられます。これら
渡辺 重哉
の目的に沿う標準模型形状を選定す
shigeyaw@nal.go.jp
るにあたり、NASA等の欧米の著名
図 標準模型の全体像
=
新
し い
可
視
化
時
代
の
幕
開
け =
Central Visualization System
当研究所では、「数値風洞」を用 (株)の最新ハイパフォーマンス・
いて航空機や宇宙往還機などの航空
グラフィックコンピュータシステム
より、多人数で画面を共有しながら
議論を行うことが可能となり、効率
宇宙分野に関する大規模な流体数値 「SGI Onyx3400」を中核としており、 的に研究を行う環境を提供すること
シミュレーションを行っています。 航空宇宙分野の可視化システムとし
数値風洞を使えば、大気圏再突入時
ては国内最高、世界でも最高クラス
の宇宙往還機やジェットエンジンの
の画像処理能力を有しています。
ができます。
この三次元可視化システムを用
い、当研究所で現在開発が進められ
内部等、実験だけでは解明しきれな
大型三次元表示装置に映し出され
ている航空機・宇宙機・エンジンの
い複雑な流れを計算することができ
たシミュレーション結果は、液晶シ
解析、設計に役立てるとともに、可
ます。しかし、大量の数値の羅列で
ャッターメガネを装着することによ
視化システムで作成した画像やアニ
あるシミュレーション結果を、人間
り、立体的に捉えることができます。 メーションの配信を通じて、多くの
が瞬間的かつ直感的に理解すること
また、特別な訓練をしなくても画像
人に研究開発成果を伝えていく予定
は不可能です。
を容易に操作できるため、複雑な流
です。
当研究所は今回、このような大規
れを様々な角度から観察し、より正
模シミュレーション結果を可視化す
確に流れの現象を捉えることができ
るために、中央可視化システム
ます。CeViSでは大画面を生かして、
(Central Visualization System:CeViS) 実験結果や設計構想等をシミュレー
を導入しました。CeViSは、日本SGI
数値風洞により得られた計算
結果を画像として画面上に表
示するための処理を行う。
ション結果と同時に映し出すことに
Central Visualization System
お問い合わせ先
CFD技術開発センター
松尾 裕一
matsuo@nal.go.jp
その流れを表す式を計算機で解くことによ
り、複雑な現象や実験をシミュレーション
する。
宇宙輸送システム PROJECT
=
C
N
E
S
と
の
覚
書
を
締
結
=
高速飛行実証フェーズⅡ計画
フェーズⅡ実証機の飛行イメージ
高速飛行実証フェーズⅡの概念
当研究所(NAL)では、宇宙開発
す。データ収集後は機体を目標地点
CNESは気球システムおよび実験終
事業団(NASDA)と共同で将来型
まで滑空誘導し、パラシュートおよ
了後の機体回収を担当し、3者共同
宇宙輸送システム開発に関する研究
びエアバッグを用いて回収します。 で飛行実験を行います。
を実施しており、その一環として、 回収された実験機は整備の後、次の
宇宙往還技術試験機HOPE-X(H-Ⅱ
実験は、スウェーデン宇宙公社
(SSC)が管理運営するエスレンジ実
飛行に備えます。
Orbiting Plane Experimental)の1/4
当研究所と宇宙開発事業団は、平
スケールの実験機を用いた、2段階
成13年5月30日(水)、フランス国立
験場において、平成14年夏と15年に
実施する予定です。
の高速飛行実証フェーズⅠ、フェー
宇宙研究センター(CNES)と高速
ズⅡ計画を進めています。高速飛行
飛行実証フェーズII計画の協力につ
実証フェーズⅠでは、ジェットエン
いて定めた了解覚書を締結しまし
宇宙輸送システムプロジェクトセンター
ジンを搭載した小型の無人実験機を
た。覚書に従い、NAL/NASDAは
宮沢 與和
用いて、着陸システムの検証を行い
機体システムの開発および運用を、
miyazawa@nal.go.jp
お問い合わせ先
ます。
高速飛行実証フェーズⅡでは、
H O P E - X 相似模型実験機の遷音速
(マッハ数0.7∼1.2)空力特性データ
を取得し、それを参照データとする
ことにより、正確な特性推定が困難
な遷音速風洞試験および計算流体力
学(CFD)技術の向上を図ることを
目的としています。実験では、実験
機を気球で高度約30kmまで上昇さ
せ、その後高層気球から分離、自由
落下滑空によって遷音速領域まで加
速した後、一定マッハ数を保持しつ
つ種々の空力特性データを取得しま
フェーズⅡ実験機三面図
開催報告 第2回低軌道衛星研究会
(
ミール観測報告会)
平成13年5月15日(火)、当研究所
宇宙ステーションなどの大型構造物
今後は地上から国際宇宙ステーショ
において、3月に南太平洋に落下し
は昼夜を問わず観測が可能であるこ
ンなどを観ることにより、国民の宇
たロシアの宇宙ステーション MIR
とがわかりました。また、追尾方式
宙への関心が高まるものと思われま
(ミール)の観測報告会が開催され
も今までのプログラム追尾から自動
す。このため、より高解像度の画像
ました。国内でMIRの観測に成功し
追尾へと移行しつつあり、画像取得
が求められることになると予想され
た当研究所をはじめ、陸別銀河の森
技術、追尾技術の向上が明らかにな
ます。各機関が情報交換を行いつつ
天文台、NHK、富山市天文台、宇宙
りました。
競争的に観測技術の改良を進めてい
開発事業団、通信総合研究所、宇宙
当研究所では宇宙デブリ観測技術
科学研究所など各機関から約50名が
の研究を推進するとともに、将来起
きたいと考えています。
参加し、観測技術や撮影された画像、 こるであろう大型構造物の落下や衛
宇宙システム研究センター
映像等についての情報交換や意見交
星の異常運動、故障個所の検出に対
中島 厚
換が行われました。
応できる技術を含めて研究していま
nakajima@nal.go.jp
当研究所と銀河の森天文台は昼間
の観測に成功しており、今後は国際
す。また、今まで宇宙から地球を撮
影した映像に感動していましたが、
夏休みのイベント案内
今年は21世紀の最初の年であることから、夏休み期間中に各地で様々な記念イベントが開催されます。
神戸市が「神戸21世紀・復興記念事業」のメインイベントとして開催する「ひと・まち・みらいKOBE2001
−21世紀☆みらい体験博−」において、当研究所からは、スペース・ミッション・シミュレータや小型超音速実
験機模型などを出展します。
お近くの方は、ぜひご来場ください。
●ひと・まち・みらいKOBE2001−21世紀☆みらい体験博−
会期:2001年7月20日(祝)∼9月2日(日)
場所:神戸国際展示場(兵庫県神戸市)
ホームページ http://www.mirai-kobe.com
スペース・ミッション・シミュレータ
その他、下記のイベントについても、宇宙往還機に関する模型やパネルなどの展示協力を行います。
●ジャパンエキスポ北九州博覧祭2001
会期:2001年7月4日(水)∼11月4日(日)
場所:JRスペースワールド駅前(福岡県北九州市)
ホームページ http://www.city.kitakyushu.jp/~k0401050/
●交通科学館サマーフェスティバル2001 夢のタイムマシーン −21世紀 アトムの時代−
会期:2001年7月19日(水)∼9月2日(日)
場所:広島市交通科学館(広島県広島市)
ホームページ http://www.vehicle.city.hiroshima.jp
FJR710ターボファンエンジン
FJR710ターボファンエンジンの開発は、通産省工業技術院(当時)の大型
プロジェクト制度の一環である「航空機用ジェットエンジンの研究開発」の
もとで昭和46年に始まりました。第2期の試作エンジンFJR710/600は、我が
国で初めて耐空性基準を満たすエンジンとなり、当研究所の短距離離着陸
(STOL)実験機「飛鳥」に搭載されました。
低騒音STOL実験機「飛鳥」
「飛鳥」は、低騒音STOL機開発に必要な技術を確立するために製作され
た実験機です。1985年10月に初飛行に成功し、1988年3月の最終飛行までに
97回の飛行実験を行いました。その間、実用機開発に必要な多くの技術デー
タを取得しました。この実験機は岐阜県のかがみがはら航空宇宙博物館に展
示されています。
実験用航空機
・
富士重工業FA-200改「エアロスバル」
短距離離着陸機の飛行特性評価を目
的として1966年に導入しました。1988
年に運用を終了し、現在は岐阜県のか
がみがはら航空宇宙博物館に展示され
ています。
・
ビーチクラフトB65「クイーンエア」
1962年に導入し、インフライト・シ
ミュレーション技術の研究などに使用
されました。現在は大気収集装置を装
備し、高空での環境観測などを行って
います。
・MuPAL-α、MuPAL-ε
多目的実証実験機(MuPAL)は、航空機の安全性や環境適合性の研究に幅
広く対応するため2000年に導入しました。MuPAL-αはドルニエDo228-202を
母機として改修し、新しい運航方式や先進的な飛行制御に関する研究を行っ
ています。三菱重工MH2000Aを母機とするMuPAL-εは、騒音低減技術や計
器飛行方式の研究を行っています。
航空宇宙技術研究所 展示室
開館時間
平日10:00∼17:00
(土日祝祭日は除く)