亜音速流中で誘起される再突入カプセルの回転運動

摘要

宇宙からの帰還時に利用される再突入カプセルは，大気抵抗による減速を最大限利用するために，扁平な鈍頭形状を採ることが多い．しかし，そのような形状を有するカプセルは，遷音速域を飛行中にリミットサイクルと呼ばれる自励振動を起こす傾向があることが知られている．この自励振動はカプセル形状とマッハ数に強く依存するため，事前に風洞試験によって検討を行い，最終的には実寸大のモデルを大気中で自由落下させて確認するのが有効である．後者の試験結果は極めて信頼性が高いが，自由落下で音速を超える領域に到達させるには40km 近い高度から落下させる必要があり，試験費用は高額となる．前者の試験は容易であるが，回転に関する自由度は1 軸回りに限定される．一方，自由飛行の回転自由度は3 であり，両者の間には自由度の違いが存在する．もし風洞内において回転自由度を3 とするような装置を実現できれば，この自由度の相違がカプセルの運動へ与える影響を評価することが可能になる．本研究では，風洞内で3 軸回りに回転することが可能な装置を製作し，重心を対称軸外に持つ揚力型カプセルを対象に，亜音速域にて観察された運動について述べる．