研究テーマ Research

火星航空機に関する研究 Mars Aircraft

火星には大気があります．地球上の100分の1程度のとても薄い大気ですが，この大気を利用すれば， 地球と同じように火星でも飛行機を飛ばすことができます． 火星大気中を飛行できる飛行機が開発されれば，これまでの火星探査とはちがい，火星を広範囲かつ詳細に調べることができるようになります． 大山研究室では，火星探査のための飛行機（ここでは火星飛行機と呼びます）やヘリコプターに関する研究を行っています． 火星では，地球上では見られない低レイノルズ数・高マッハ数の特殊な飛行条件になるため，この飛行条件での空力特性に関する研究や空力設計が主な研究テーマです． また，JAXAが所有する高高度気球を利用した火星飛行機の高高度飛行試験を 2016年6月 および 2023年7月に実施しました． 火星飛行機に関する詳細は相模原キャンパス特別公開で配布したパンフレットをご覧ください．

サンプルリターンプロジェクト Sample Return Project

小惑星や他の惑星の衛星など、地球外の天体からサンプルを地球に持ち帰るミッションであるサンプルリターンミッションは, 地球にて詳細にサンプルを調べることができることから, 探査対象の天体の成り立ちや, 生命の起源などを知るために有効な手段の一つと考えられています. サンプルリターンミッションの成功を支えるのに重要な課題の一つが, サンプル輸送手段の確実性を高めることです. 大山研究室では, サンプルリターンカプセルの大気圏再突入時のカプセルの姿勢安定性や, 火星サンプルリターンミッションで使用が計画されているロケットの火星環境下での飛行に関して、数値流体シミュレーションを用いて研究を行っています.

多目的設計探査 Multiobjective design exploration

ロケットや宇宙機を新たに開発する場合，効率性・信頼性の向上、設計製造コストの低減などの厳しい設計要求があり， 空力・構造・推進・制御などさまざまな要素がお互いに関与しあうこれらの設計において， 従来の設計手法で最適な設計を求めることはますます難しくなってきています． 大山研究室では多目的設計最適化問題における非劣解集合（パレート最適解集合）を一度に得ることができる多目的進化計算を， 数値シミュレーションを解評価手法として用い，その宇宙工学分野への適用に関する研究を行っています． 実問題への適用を指向したアルゴリズムの開発として，トポロジー最適化，無制限アーカイブ，などに関する研究が行われています． 航空宇宙工学分野への応用例として，エアロスパイクノズルの設計，宇宙探査ミッションDESTINYの軌道設計， 大気アシスト型観測ロケットの軌道設計・ノズル設計，などに関する研究が行われています．
ロケット射点の多目的設計探査についてわかりやすく説明した動画をyoutubeにアップロードしましたので，ご覧ください．

流体制御 Flow control

近年，プラズマアクチュエータやシンセティックジェットなどの流体制御デバイスの研究が盛んに行われています． このようなデバイスが実用化されれば，ロケットの抵抗削減や制御に利用することができると期待されます． 大山研究室では，数値流体シミュレーションや風洞実験によって，流体制御デバイスが流れを制御するメカニズムについて研究を行っています．