1、增强行星大气层进入飞行器的空气热力学评估系统
行星大气层进入飞行器的设计非常强调在进入过程的各个阶段对空气动力学性能和加热环境进行准确预测，但在实际飞行条件下测试这些项目的成本是巨大的。同时，在地面上重建相应的飞行条件是一项极具挑战性的冒险。为了应对这些困难，JAXA 开发了用于行星大气再入飞行器气动热力学设计的设计工具和评估/测试技术。这些工具和技术使用数值分析技术，弥合了地面测试和实际飞行条件之间的差距，并允许用户获得与飞行测试相同的结果。通过系统化这些工具，JAXA 完成了行星大气进入飞行器的空气热力学评估系统。这项技术已被用于为 JAXA 正在考虑的小型返回舱和火星着陆探测器构建测试环境。现在有必要通过提高准确性、可靠性和可用性来进一步增强该技术。该技术还将用于测试自由飞行的物体和先进的空气热力学设计（减轻热保护系统的重量，实现最佳的空气热力学设计，并在紧急情况下预测灾难性事件）。
为此，JAXA 将把研究重点放在：
增强（扩大功能和范围）空气热力学评估系统（软件和硬件），这是 JAXA 实现未来大气进入任务所需的。
支持使用 1.
使用 1 中描述的系统来推进旨在产生世界领先和世界首创学术成果的研究。
通过这些努力，JAXA 将在该领域的解决方案方面取得进展。
热化学非平衡流分析代码 “JONATHAN”
JAXA 开发了一种热化学非平衡流分析代码，名为 JAXA Optimized Nonequilibrium A ero-THermodynamic ANalysis （JONATHAN），用于预测高超音速飞行在大气进入期间的空气动力学性能和加热环境。当以超过 5 到 7 公里/秒的速度飞行时，胶囊周围的流动会达到非常高的温度，这会导致内能模式的激发、热解离以及氮气和氧分子的电离。这种流场称为热化学非平衡流。我们正在推广 JONATHAN 以获得更大的多功能性，以便专业知识不足的用户能够分析热化学非平衡流。此外，在将 JAXA 的最新研究成果整合到 JONATHAN 的同时，我们正在尝试将其开发成更复杂的工具。
JONATHAN 计算的以 26 马赫的速度飞行的火星进入舱周围的流场示例
JONATHAN
计算的类似 HAYABUSA 的太空舱以 1.1 马赫的速度进行超音速飞行的模拟示例
进入火星舱设计研究中的 CFD 应用示例，第 1 部分：高超音速空气热力学
进入火星舱设计研究中的 CFD 应用示例，第 2 部分：超音速/亚音速空气动力学
用于辐射分析的结构化套件 “SPRADIAN”
用于辐射 AN分析的 S结构 Package （SPRADIAN） 是一种辐射计算工具，用于评估再入舱的辐射加热环境，作为 JAXA 空间和航天科学研究所规划的小行星样本返回任务 （HAYABUSA） 的一部分。它是一个包含光谱数据库和辐射传输计算代码的包。
SPRADIAN 可以计算具有一定温度和密度分布的介质的发射和吸收系数，并求解介质中的辐射传输。例如，JONATHAN 可以分析再入胶囊周围的流动，而 SPRADIAN 可以使用该流动数据评估胶囊表面的辐射加热。此外，SPRADIAN 可用于使用实验数据确定激波管和激波隧道中流场的物理量（温度和物质组成）。预计在实验中观察到的辐射光谱也可以通过结合使用 SPRADIAN 和流量计算来预测。
由 SPRADIAN 计算的入射到金星入射胶囊表面的辐射光谱
融合空气动力学噪声和非定常空气动力学的噪声源分析技术
降噪技术是当今飞机开发的最大要求之一。空气动力学噪声通常来自机身上的多个位置。尽管使用单个麦克风测量机身噪声可以评估整体噪声水平，但这种方法无法使研究人员确定噪声源的确切位置或每个噪声源发出的噪声量。因此，JAXA 开发了一种技术，该技术使用大量麦克风，根据给定声波从噪声源传播到阵列中每个麦克风所需的时间，同时识别噪声源位置和声压级。
6.5m x 5.5m 低速风洞中的噪声源识别技术
高升程半模型型号的声压级分布
风洞测试工程师通常使用比例模型，这意味着，与实际飞机相比，空气动力学噪声的频率与比例比成反比地向高频范围移动。因此，要对实际飞机的调节频率进行评估，需要具备能够获取高频带噪声数据的评估技术。降低空气动力学噪声还需要准确测量每个噪声源产生的噪声的声压级。
JAXA 已经开发出可以识别高达 80 kHz 的频段（1/8 比例模型预测实际飞机发射的噪声的最大频率）中的噪声源位置的技术。通过开发不依赖于空气流动的噪声水平校正技术，我们提高了无风时测量的定量精度。
通过使用图像处理方法创建声压分布的高分辨率图像并同时进行声学和光学测量，JAXA 将开发识别可能引起噪声的空气动力学现象的技术。此外，我们将开发在风洞测试中同时高精度评估空气动力学现象和噪声的技术，该技术使用带有凯夫拉壁的消声测量组件。
高精度/高效率风洞试验集成技术
在开发飞机时，估计飞机在跨音速巡航过程中将经历的阻力（空气动力学阻力的大小）对于确定燃油效率极为重要。因此，跨音速风洞测试需要在阻力测量中产生± 1 计数以内的高精度结果（1 计数 = 大约总阻力的 0.3%，相当于 1-2 个座位）。国外领先的工业风洞几乎完全消除了产生重大误差的技术问题，实现了 ± 1-2 计数的相对精度（数据再现性）。虽然 JAXA 的 2m x 2m 跨音速风洞的相对精度接近相似的水平，但 JAXA 仍需要将其数据生产力提高到与世界领先的风洞相当的水平，并提高其绝对精度（与真实值的差异），以帮助开发具有世界最佳巡航性能的日本商用飞机。
JAXA 的目标是在世界领先的大型工业风洞中为其 2m x 2m 的跨音速风洞开辟一席之地，并致力于建立集成技术，在不损害生产率的情况下提高精度，并在不对精度产生负面影响的情况下提高生产力。
在 2m x 2m 跨音速风洞中提高精度和效率的关键是自动化、操作和维护阻力襟翼，当操作员改变模型姿态时，它可以高度精确地控制均匀的流马赫数（这是国内风洞中的首创），在使高精度扫描模式真正可行的过程中。鉴于完全自动化的阻力挡板所涉及的挑战可能过于苛刻，JAXA 还致力于提高手动操作性，并通过部分手动设置进行高效、高精度的测试。
使 2m x 2m 跨声速风洞更加准确和高效
使用磁悬浮阐明航空航天飞机配置中的尾流结构
磁悬浮风洞通过磁力支撑风洞内部的模型，使用户能够避免常规风洞测试中支撑设备造成的干扰。因此，磁悬浮可以在理想条件下测量各种配置的模型的阻力系数和尾流。
JAXA 是磁悬浮技术领域的全球领导者之一，拥有世界上唯一能够进行实际测试的磁悬浮风洞。
将用户从支持设备的干扰中解放出来，磁悬浮还可以测试轴对称物体 - 这是与传统风洞方法的另一个重大区别。尽管球体和圆柱体等轴对称物体的尾流代表了流体动力学领域的基本现象，但关于该主题的详细研究很少。
本研究旨在充分利用磁悬浮的最大特点：没有任何支撑干扰，阐明轴对称物体（钝体）在高亚音速下尾流中的涡旋结构。例如，行星大气再入胶囊在高亚音速到跨音速范围内变得动态不稳定，并且胶囊的运动趋于发散。尽管已知传统风洞测试中再入舱的测量结果会受到支持设备干扰的影响，但本研究将使用磁支撑技术来阐明该现象的机制。
同时，研究人员将通过应用风洞测试方法来评估磁悬浮技术的实用性和可靠性，该方法从全尺寸模型对激励的响应中确定动态空气动力学特性。本研究将使用动态测试 - 支撑干扰影响最明显的设置。
基于 CFD 的三维钝体拖曳涡流结构分析结果
再入舱空气动力学测试技术
日本载人航天活动的未来取决于安全可靠的再入和返回程序技术。明确考虑到这一需求，研究人员正在努力开发一种具有升力的大气再入舱。
为了开发胶囊形大气再入飞行器，工程师需要预测和评估飞行器在再入过程的各种条件下的空气动力学特性。本研究旨在通过确保预测再入阶段带来的各种空气动力学特性所需的测试能力来支持大气再入舱的研究。
第一步是创建预测再入舱中 RCS（反应控制系统）产生的空气动力干扰特性的方法（图 1），建立用于超音速范围的支撑干扰校正技术，提出并验证用于跨音速和亚音速范围的雷诺 （Re） 数校正方法（图 2），并确定模型支撑在超音速范围内产生的空气动力干扰。
图 1：使用 RCS 干涉场测量技术增强 CFD 验证并改进对实际飞机特性的预测
图 2：跨音速风洞测试，用于改进对高雷诺数下实际飞机空气动力学特性的评估。利用这些数据，JAXA 提出并验证校正方法
数字/模拟混合风洞 （DAHWIN）
通过实际产生气流，基于风洞的流体实验 （EFD：Experimental Fluid Dynamics） 可以获得高度可靠的数据，但存在制备成本高和信息有限等问题。相反，近年来，使用超级计算机（CFD：计算流体动力学）对流场进行数值模拟，使用户能够以相对较低的成本获得大量信息，但并不总是具有足够的可靠性。
作为回应，JAXA 的数字/模拟-混合风洞 （DAHWIN） 通过以互补方式融合 EFD 和 CFD，更准确地预测空气动力学性能，并使航空航天飞行器的开发更加高效。
数字/模拟-混合风洞 （DAHWIN） 的概念
DAHWIN 能够以比以往任何时候都更高的精度和更高的效率执行以下类型的分析。
通过 CFD 改进风洞数据
⇒ 用户可以在没有墙壁或支撑系统影响的情况下获取风洞数据
⇒ CFD 弥补了风洞测试的缺点
通过风洞数据改进 CFD
⇒ 轻松使用大量风洞数据来验证 CFD 精度
⇒ 风洞数据提高了 CFD 的可靠性
在 Internet 上查看风洞/CFD 数据
⇒ 允许从远程位置参与风洞测试
⇒ 提高设计开发的实时能力和便利性
使用 DAHWIN：示例 1
（同时显示 EFD 和 CFD 结果以进行快速比较）
使用 DAHWIN：示例 2
（支持使用 CFD 进行干扰校正）
DAHWIN 的开发始于 2008 财年。在申请再入舱和 D-SEND#2 的风洞测试试运行后，该系统于 2012 财年末成功完成。目前，DAHWIN 与 JAXA 2m x 2m 跨音速风洞和 JAXA 超级计算机系统 （JSS） 结合使用。除了在研发活动中使用 DAHWIN 外，JAXA 还将通过 DAHWIN 为下一代飞机和航天器的开发做出贡献。
涉及的基础研究技术文件如下：
由于原文太多，技术资料已经上传知识星球：同时还有如下好资料：
导弹技术专题还有很多好资料将陆续 上传：
近期上传上传知识星球的专题有：
【俄乌战争专题】俄罗斯进攻战役评估-3万字的原文及机器翻译-今年4月和8月的评估报告；
【空空导弹专题】探索空对空导弹的世界：综合指南-涉及13份技术资料超5万字干货；
【朝鲜导弹专题】朝鲜的导弹试验情况-涉及90份资料-超过150万字的干货；
【美国海岸警卫队专题】美国海岸警卫队组织框架-涉及18份技术文件-超30万字
【导弹技术专题】三叉戟 II D-5 （UGM-133A）系统技术介绍-含34份技术资料-超20万字
【高端战争专题】高端战争的作战理论及战术介绍-涉及30份技术文档-含69万字干货
【好书籍专题】美国国防系统的作战优势-共450页，超过5万字的干货
【伊朗导弹专题】伊朗法塔赫Fattah系列高超音速巡航导弹技术研究-含17份文档-超过3万字技术资料
【无人机作战专题】无人机集群作战技术-共计80余份技术资料（超过100万字）
【专题】未来战争的形态介绍-共700余页-共15万字以上的技术资料
【专题】美国空军指令、海军条令、联合作战条令、条例文档简介【资料超过5000页】共计74份文件
【专题】精确打击-未来的精确制导弹药-含15份技术资料-超10万字
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