高温衝撃風洞HIESTにおける感温塗料計測技術を用いた空力加熱計測技術の現状

摘要

宇宙機が大気圏に再突入する際，宇宙機は極超音速まで加速される．このとき宇宙機の前面に強い衝撃波が発生し，空力加熱が生じる．これは宇宙機周囲の気体が断熱圧縮されて温度が上昇するために生じる現象である．そのため，極超音速における宇宙機まわりの流れ場，宇宙機に加わる空力加熱を把握することは宇宙機を設計する上で重要である．この計測手法の一つに感温塗料（Temperature-Sensitive Paint，TSP）がある．TSPは温度の変化に応じて発光の強度が変化する分子センサであり，発光強度の変化から計測対象の表面温度を計測することができる．これまでに我々はこのTSP計測技術を様々な極超音速風洞に適用し，再突入体を模擬した模型表面上に流入する熱流束の計測を行ってきた．しかしながら，それら風洞は極超音速流れ（マッハ数M＝6～10）は模擬できるものの気流自体のエンタルピーは低く，実際の再突入環境を模擬できていない．これに対して，近年，我々はこのTSP計測技術をJAXA角田宇宙センターが所有する高温衝撃風洞（HIgh-Enthalpy Shock Tunnel，HIEST）に適用した．このHIESTは，実際の宇宙機の大気圏再突入流れ（高マッハ数および高エンタルピー流れ）を再現できる世界最大の衝撃風洞である．このような高速·高エンタルピー環境下に置いて，模型表面上の温度場を·熱流束場を計測した例はこれまでにはない．