ラム圧型パラフォイルの風洞試験について

宇宙航空開発研究機構　宇宙科学研究所　安部研究室前川　啓

将来の火星探査における探査機の候補–展開型柔軟エアロシェル–パワードパラグライダー型探査機　→二つを組み合わせた小型の探査機

研究背景

研究背景

パラフォイルの利点–省スペース–推進機による巡航飛行

火星の環境–大気密度が低い–突風が発生する→通常のラム圧式のパラフォイルではなく密閉型のパラフォイルを検討

◦過去の研究から密閉型パラフォイルの揚抗比は約 4（ CL=0.52， CD=0.132）　

風洞試験によってパラフォイルの空力特性や挙動を調べ，低圧状態でのパラフォイルの挙動と揚抗比の変化を明らかにする．

研究目的

今回は予備試験として、ホビー用ラジコンパラフォイルの傘体に対して、実施した惑星環境風洞試験の結果を報告する。

スパン長 1.6m，コード長 0.6ｍ，アスペクト比 2.6のホビー用ラム圧型パラフォイルを使用した

試験内容–風洞内の気圧を下げること　により低圧状態での揚抗比　の取得，パラフォイルの挙動　を調べた

風洞気流–大気圧からパラフォイルがつぶれるまで減圧–風速： 15[m/s]～ 27[m/s]

惑星環境風洞試験

空気力の測定は、 6分力計を用いた　　左図の 6分力計に治具を装着して行った．

測定方法

アイボルトにパラフォイルを付ける

６分力計：共和電業製　型番： LFX-A-1KN

天秤校正

aFx aFy aFz aMx aMy aMz

Fx 0.6421 -0.0079 -0.0039 0.0189 0.2667 0.0043

Fy 0.0061 0.6407 0.0029 -0.2593 0.0235 0.0047

Fz 0.0020 0.0007 0.6683 0.0001 -0.0008 -0.0095

Mx 0.0002 0.0024 0.0001 0.0256 0.0000 0.0000

My -0.0025 0.0002 0.0000 0.0000 0.0256 0.0000

Mz 0.0001 0.0001 -0.0002 0.0001 -0.0002 0.168

６分力計の電圧出力は、下記の干渉補正マトリックスを使用して力に変換する（Mxと Fy、Myと Fxに大きな干渉がある６分力計であるので、これを補正する）

念の為、簡易の校正を行い、上記のマトリックスが正しいことを確認した。→

風洞内の減圧により気流は以下のように変化した（気流の速度は設定可能な最低風速に設定）

気流条件

0 20 40 60 80 100 1200

5

10

15

20

25

30

風洞内圧 [kPa]

風速

[m/s]

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

140

風洞内圧 [kPa]

動圧

[Pa]

低圧状態での挙動について　　　 40kPa付近までは安定している．　　　約 9kPaで潰れてしまう．　　　

試験結果

低圧状態での揚抗比について　　風洞内圧と揚抗比の関係

試験結果

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1101.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

風洞内圧 [kPa]

揚抗比

JAXA調布大型風洞で試験した時の結果

•計測結果は以下のようになった．　　　

P0[kPa]

V[m/s] q[Pa] Lift[N] Drag[N]

CL CD L/D

100 14.7 125.43 41.72 26.57 0.34 0.22 1.57

90 15.3 122.29 38.24 24.24 0.32 0.20 1.58

80 15.8 115.92 37.13 23.79 0.33 0.21 1.56

70 16.5 110.62 35.91 22.85 0.33 0.21 1.57

60 17.6 107.88 34.36 21.57 0.33 0.21 1.59

50 18.7 101.49 33.39 18.67 0.34 0.19 1.79

40 20 92.87 29.87 18.16 0.33 0.20 1.65

30 21.6 81.24 26.85 14.02 0.34 0.18 1.92

20 23.3 63.02 21.66 9.53 0.35 0.16 2.27

10 27.2 42.94 13.33 3.30 0.32 0.08 4.03

試験結果

風洞内圧によらず揚力係数は一定であるが、低圧では、抵抗係数が下がり、揚抗比が増したように見えた。

惑星環境風洞にてラム圧型のホビー用パラフォイルを用いて風洞試験を行った．–低圧状態でのパラフォイルの挙動がわかった．約

9[kPa]で潰れることがわかった．–低圧状態での揚抗比の変化を調べた．

まとめ

ただし、現時点では、以前の JAXA調布の大低試験との結果の整合がとれていないため、結果の信頼性は乏しい。11月下旬の惑星環境風洞試験で、追試験を実施する予定である。