極超音速流，高速空気力学，宇宙輸送工学，大気突入，火星探査

航空宇宙工学：低速〜高速までの空気力学と宇宙輸送

研究背景

本研究室では、将来型高速航空機の極超音速飛行や大気圏再突入に伴う化学反応を含む複雑な高速空気力学や、深宇宙探査に関連した大気突入機や探査カプセル、次世代推進機関など多岐にわたる航空宇宙技術の研究開発を行っています。航空・空気力学分野プラズマを応用した高速気流制御技術の確立やスクラムジェットエンジンのキャビティー最適化、全固体型イオンエンジンの開発を行なっております。また、宇宙輸送工学分野では超小型宇宙探査機の具現化に向け、大面積空力デバイスを用いた大気突入カプセル姿勢制御の研究や、氷天体衝撃層の化学反応に起因する生命前駆物質生成の解明も行なっております。

研究テーマ１．プラズマを利用した高速気流制御技術の研究

音速の数倍以上の高速で飛行する将来型飛行機の空力制御を実現するため、短時間で空気力を発生可能な放電プラズマによる気流制御技術の研究を行っています。音よりも速い超音速、あるいは、音速の５倍以上の極超音速で飛行する航空機では、相応に速い姿勢制御が必要となります。従来の機械式舵面による制御は高速制御に向かないため、電気的な気流制御を通した航空機の姿勢制御を目指しています。

研究テーマ２．固体金属を燃料とする全固体型イオンエンジンの開発

超小型衛星にも搭載可能な小型軽量のイオンエンジンを研究開発しています。従来のイオンエンジンでは、推進剤の高圧ガスタンクや、液化・気化した推進剤の格納容器が比較的多くの重量とスペースを占めています。一方、本研究で開発しているイオンエンジンでは、固体金属の推進剤をイオン化層を通して直接金属イオンに変換し、放出面に設置したスパイクから電界放射することで推力を得るものです。将来の小型衛星への搭載を目指して研究を進めています。

研究テーマ３.衝撃波を伴う非定常振動現象の解明

宇宙輸送機は姿勢制御のための小型ロケットエンジンが各所に搭載されています。このような制御機器により高速輸送機の表面形状に起伏があると、衝撃波の振動をはじめとする非定常な流れ現象が発生することが知られています。衝撃波の発生位置では急激な温度上昇などにより航空機表面の損耗や破損といった問題が発生しうるため、このような非定常衝撃波現象の解明は将来型宇宙輸送機の安全性向上のため重要な課題となっています。現在は実験による流れの可視化、動的モード分解法による特性周波数の特定、数値シミュレーションによる詳細な流れ場の解析を通して現象の解明に取り組んでいます。

宇宙機器・惑星探査技術の開発

宇宙探査や惑星探査を実施するためには、宇宙機のエンジンや姿勢センサなど様々な機器が必要となります。従来は、大型衛星や大型探査機による地球観測や宇宙探査が実施されてきましたが、近年は開発期間短縮及び低コスト化の観点から小型衛星の開発運用が着目されています。本研究室では、小型衛星用の超小型水レジストジェット式エンジンやファラデーカップ式イオンセンサ等の開発とその動作特性検証を行っています。また、これらの宇宙用小型機器を搭載した低軌道衛星での実証試験に取り組んでいます。