平板まわり極超音速弱電離気体流れに対する磁場印加の効果に関する数値解析

摘要

極超音速飛行中にできる強い衝撃波背後で十分な電気伝導度を持った電離気体に対して磁場を印加することで流れを制御するMHD Flow Controlが研究されている。例えば大気圏突入時の極超音速飛行物体周りの流れ場に対して磁気力を利用して空力加熱を低減するなどのように、熱防御システムとしての数値解析が行われている。MHD Flow Control の概要を以下に簡単に示す。飛行物体内部に磁場源を埋め込み、物体近傍に一定の磁場を印加する。極超音速飛行時に物体周辺にできる衝撃波内部の電離気体の流れと磁場の相互作用からファラデーの電磁誘導の法則に基づく電流が誘起される。さらに、この誘導電流と印加磁場の相互作用としてローレンツ力が流れ場に対して反対側に働く。結果として、磁場の影響がある周辺で温度分布が緩やかに変化し熱流束が減少することなどがなどで確認されている。この MHD Flow Control を用いると、ローレンツ力により流れが減速された結果として衝撃波内部の圧力が高まることが予測される。飛行物体周辺の圧力分布を磁気力によって効果的に変化させれば、飛行物体の揚力などの空力特性を自在に制御できる可能性が考えられる。非接触で制御できる磁気力による流れの制御は、極超音速飛行においてフラップのような機械的な機構による流れ制御に比べて安全面で秀でている点があると考えられる。