(57)【要約】      （修正有）【課題】希薄流や分子ビーム、微視的スケール流れなどの希薄気体効果の現われる高クヌーセン数流れ場の計測において、淀み圧と壁面温度を計測するだけで、速度の向き，速度，気流密度の決定を可能とする簡易な技術を提供する。【解決手段】先端部が開口した断面が矩形の導管の奥に淀み室が形成され、該淀み室には圧力センサーが配置されたものであって、前記導管は希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を反映するように入口径ｄと長さ寸法Ｌの比である縦横比ｄ／Ｌが設計された圧力計測システムを用い、高クヌーセン数流れのラム圧縮特性に従って、ダクトの縦横比，壁面温度，主流速度，主流圧力，および迎角θに対する淀み室圧力の相関をあらかじめ定量化してデータベースとして蓄積しておくことにより、計測した淀み圧力値と、前記導管壁面の温度計測値から、高クヌーセン数流れの向き、速度の大きさ、気流密度を精度よく割り出す。【選択図】図１
2009109463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が開口した断面が矩形の導管の奥に淀み室が形成され、該淀み室には圧力センサーが配置されたものであって、前記導管は希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を反映するように入口径寸法ｄと長さ寸法Ｌの比である縦横比ｄ／Ｌが設計された圧力計測システムを用い、高クヌーセン数流れのラム圧縮特性に従って、ダクトの縦横比，壁面温度，主流速度，主流圧力，および迎角θに対する淀み室圧力の相関をあらかじめ定量化してデータベースとして蓄積しておくことにより、計測した淀み圧力値と、前記導管壁面の温度計測値から、高クヌーセン数流れの速度の向き、速度の大きさ、気流密度を精度よく割り出すことを特徴とする計測手法。
【請求項２】
希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を正確に反映してダクトの縦横比を設定し、壁面温度で規定される熱速度が主流平均速度に対して十分に小さくなるように壁面温度を設定することでラム圧縮比を向上させ、高クヌーセン数流れにおいても淀み点圧力計測におけるＳ／Ｎ比を向上させる請求項１に記載の計測手法に用いる圧力計測システム設計手法。
【請求項３】
請求項２に記載の計測手法に用いる変形型の圧力計測システムであって、導管の矩形断面形状の一方の壁面間隔寸法は開口部で狭く軸方向に一定値ｄであって、直交する他方の壁面間隔は開口部で広くその軸方向に徐々に狭く滑らかに寸法ｄとなるように変化する３次元形状とし、特定方向の角度変化に対する感度を高くし、これに垂直な方向の角度変化に対する感度を低くしたことを特徴とするエアデータ計測システム。
【請求項４】
軸方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状がＶ字状である請求項３に記載のエアデータ計測システム。
【請求項５】
方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状がラッパ形状の曲線である請求項３に記載のエアデータ計測システム。
【請求項６】
方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状が底辺と傾斜面又はラッパ形状の曲線から成る請求項３に記載のエアデータ計測システム。
【請求項７】
口部を９０度ずつ方向をずらせて互いに底辺が接するように組み合わせ配置されたものである請求項６に記載のエアデータ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体工学，希薄流体工学，マイクロ流体工学における気流計測技術一般、特に人工衛星等に搭載される、航空宇宙分野における希薄・マイクロ流のエアデータセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
連続流体とみなすことのできる一般の気流では、ピトー管による気流の淀み圧および静圧の計測により、速度の向き，速度，気流密度等の決定が可能である。例えば、図８に示すようなピトー管を主流の向きがｘ軸と平行となるように主流に挿入する場合、淀み点(stagnation chamber 内)で計測される淀み圧Ｐ０は、主流の静圧Ｐ，密度ρ，速度Ｖとベルヌーイの式で関係付けられる。
Ｐ０＝Ｐ＋ρＶ２／２                      式１
従って、静圧管により主流の静圧Ｐを計測し、さらに温度を計測することで密度ρを決定すれば、主流速度Ｖを得ることができる。速度の向きとｘ軸が角度θをなす場合、式１は
Ｐ０＝Ｐ＋ρＶ２cos２θ／２                式２
となる。θ＝０付近では∂Ｐ０/∂θ＝０であり、θの変化に対するＰ０の感度は小さい。このため気流とｘ軸のなす角を決定するためには、図８に示す単一ピトー管では不十分であり、複数のピトー管を適切な方向に配置したシステムが必要となる。
【０００３】
希薄流や分子ビーム、微視的スケール流れなど、希薄気体効果の現われる高クヌーセン数の流れの場では、ベルヌーイの定理に基づく上記ピトー管計測原理は適用できない。このため希薄流の速度の向き，速度，気流密度を計測するためには、一般に複雑な計測システムが必要であり、簡素なシステムでは計測精度が期待できない。したがって、希薄流の速度の向き，速度，気流密度を計測するためには、一般に複雑な計測システムが必要であり、簡素なシステムでは計測精度が期待できない。この希薄気体の計測手法としては非特許文献１では宇宙空間の超希薄流をレーザで計測するものとして、共鳴多光子イオン化法(REMPI)による希薄気体流計測が紹介されているが、 ピトー管のような従来型センサーを高クヌーセン数の流れの場に配置して計測する試みはあまりなされていない。しかし図８に示すピトー管の内部で生じる希薄気体特有の現象を正確に理解し、流れの特性を反映した導管部の設計を行い、計測される淀み圧力と主流の相関関係を適切にモデル化することができれば、図８と類似のシステムを希薄流れの計測に応用することは可能であるとの考えに至り、本発明はこの考えに基づき、簡素なシステムで希薄気体の流れの向き，速度，気流密度等の決定を行なう技術を提供しようとするものである。
【非特許文献１】森  英男  「REMPIによる超希薄気体流計測に関する研究」名古屋大学図書  11315824  平成１２年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明課題は、連続流の計測に用いられるピトー管が適用できない希薄流や分子ビーム、微視的スケール流れなどの希薄気体効果の現われる高クヌーセン数流れ場の計測において、ピトー管と類似の簡素な計測装置を用い、淀み圧と壁面温度を計測するだけで、速度の向き，速度，気流密度の決定を可能とする簡易な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のエアデータ計測手法は、先端部が開口した断面が矩形の導管の奥に淀み室が形成され、該淀み室には圧力センサーが配置されたものであって、前記導管は希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を反映するように入口径ｄと長さ寸法Ｌの比である縦横比ｄ／Ｌが設計された圧力計測システムを用い、高クヌーセン数流れのラム圧縮特性に従って、ダクトの縦横比，壁面温度，主流速度，主流圧力，および迎角θに対する淀み室圧力の相関をあらかじめ定量化してデータベースとして蓄積しておくことにより、計測した淀み圧力値と、前記導管壁面の温度計測値から、高クヌーセン数流れの速度の向き、速度の大きさ、気流密度を精度よく割り出すことを特徴とする。
本発明の計測手法に用いる圧力計測システムの設計手法は、希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を正確に反映してダクトの縦横比を設定し、壁面温度で規定される熱速度が主流平均速度に対して十分に小さくなるように壁面温度を設定することでラム圧縮比を向上させ、高クヌーセン数流れにおいても淀み点圧力計測におけるＳ／Ｎ比を向上させるようにした。
【０００６】
上記した本発明のエアデータ計測手法に用いる変形型の圧力計測システムは、導管の断面形状を矩形とし、一方の壁面間隔寸法ｄは狭く軸方向に一定であって、直交する他方の壁面間隔は開口部で広くその軸方向に徐々に狭く滑らかに寸法ｄとなるように変化する３次元形状とし、特定方向の角度変化に対する感度を高くし、これに垂直な方向の角度変化に対する感度を低くしたことを特徴とする。
そして、この軸方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状の１形態は、Ｖ字状としたもの、他の形態では軸方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状がラッパ形状の曲線であるもの、また、他の形態では軸方向に徐々に狭く滑らかに変化する３次元形状が底辺と傾斜面又はラッパ形状の曲線から成るもの、更には、開口部を９０度ずつ方向をずらせて前記の底辺が互いに接するように組み合わせ配置されたものが適宜採用されるものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエアデータ計測手法は、先端部が開口した導管の奥に淀み室が形成され、該淀み室には圧力センサーが配置されたピトー管と類似の簡素な計測装置を用いるものであって、前記導管は希薄流など高クヌーセン数流れのラム圧縮特性を反映するように入口径ｄと長さ寸法Ｌの比である縦横比ｄ／Ｌが設計された圧力計測システムを用い、高クヌーセン数流れのラム圧縮特性に従って、ダクトの縦横比，壁面温度，主流速度，主流圧力，および迎角θに対する淀み室圧力の相関をあらかじめ定量化してデータベースとして蓄積しておくことにより、計測した淀み圧力値と、前記導管壁面の温度計測値から、高クヌーセン数流れの向き、速度の大きさ、気流密度を精度よく割り出すことが可能である。
本発明の３次元細長ダクトを用いたラム圧縮型希薄流エアデータセンサーは、希薄気流のラム圧縮特性を正確に反映したダクトの設計と計測器の校正を行なうことで、希薄流においても圧縮比を向上させることで淀み圧を倍増させ、圧力計測時のＳ／Ｎ比を改善することができる。
また、希薄気流のラム圧縮特性を正確に反映してダクトの縦横比を設定し、壁面温度を設定することで、圧縮比、計測システムの時定数を、対象とする希薄流の条件に応じて適切に設計することができる。
そして、希薄気流の壁面衝突における熱適合と散乱特性を正確に反映してダクトの形状を３次元的に設計することで、気流の方向と計測システムのなす角度の変化に対する淀み圧の変化の感度を制御することが可能となり、流れ方向の正確な検出を可能とする計測システムが実現できる。
更に、気流の方向と計測システムのなす角度の変化に対する淀み圧の変化の感度を適切に設定した複数のダクトを組み合わせることで、希薄流の速度の向き，速度の大きさ，気流密度を高感度で検出するエアデータセンサーを簡易なシステムで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を説明する前に、まず、希薄気流の特性について説明する。ここで希薄流とは、主流における分子の平均自由行程λに対する計測機器の代表長Ｌの比で定義されるクヌーセン数Ｋｎ≡λ／Ｌが１以上となるような流れとする。しかし実際には、後述するように正確な校正を行なうことにより、Ｋｎ＞0.1  程度の流れ場においても本発明は適用可能である。
図８に示すピトー管を、ピトー管に対する平均速度Ｖを有する希薄流に、平均速度の向きがｘ軸と平行となるように挿入する場合、分子はほぼ無衝突で導管(conduit tube)２を通過し、淀み室(stagnation chamber)３の壁面に正面衝突する。希薄流では数パーセントの粒子は壁面と鏡面反射するものの、大部分の分子は壁面に付着して熱適合し(thermal accommodation)、壁面温度で示される Boltzmann 分布に属する熱速度を持った分子群として壁面からランダムに散乱される。散乱された分子は、密度が比較的高い場合は分子同士の衝突を経ながら、そうでない場合は無衝突で淀み室３や導管２内を飛行して、壁面と再び衝突、散乱を繰り返し、いずれは導管入り口４から外部へ失われる。従って、流れの平均速度が壁面温度で規定される熱速度の平均値よりも十分に大きい場合、導管内の粒子密度は自由流の密度よりもはるかに大きくなる。密度は導管の入り口４から淀み室３に向かって上昇する勾配を有し、淀み室３で最大となる。すなわち、導管の入り口径に対して導管２の長さを十分に長くする(導管の縦横比を大きくする)ことで、淀み室３内で大きな密度を得ることができる。これが希薄気体特有のラム圧縮特性である。
【０００９】
上記の流れは理想的な場合である。実際には主流中の分子は主流の温度で規定されるランダムな熱速度を有するため、導管入り口４から流入するすべての粒子が淀み室３の壁面まで無衝突で到達するわけではなく、幾つかの分子は導管２の壁面に衝突し、その位置で散乱される。この効果は、淀み室の密度上昇を妨げる効果を有する。極限として、主流の平均速度が主流の温度で規定される熱速度の平均値よりも十分に大きい場合は、理想的なラム圧縮が実現され圧縮比は大きくなり、非常に希薄な主流であっても十分な淀み室圧力を実現することが可能となり、計測システムのＳＮ比を向上させることができる。一方、淀み室３の密度の上昇とともに淀み室内分子の平均自由行程が減少し、入り口４から入射する分子はもはや無衝突で淀み室３の壁面へ到達することができなくなる。これにより、いかに導管の縦横比を大きくしても淀み室３の密度上昇は飽和状態となり、主流の全圧を超えることはできない。
【００１０】
平均速度の向きがｘ軸と角度θをなす場合、θの大きさによって淀み室３の密度は変化する。連続流では、淀み室３の圧力の変化は式２に従い、θ＝０近傍ではＰ０の変化は緩やかである。簡単のため矩形ダクトから構成される図１のようなピトー管を考えると、希薄流においては、θがダクトの特性角θｃｒ＝tan−１(ｄ／Ｌ)よりも小さい場合、多くの分子は無衝突で淀み室に到達するが、θ＞θｃｒとなると分子はダクト側壁に最初に衝突し、その位置で散乱されるようになり、θが大きければ大きいほど、ダクト入り口に近い位置で最初に側壁に衝突するようになる。従ってＰ０は、θ〜θｃｒ付近でθの増加とともに急激に減少する特性を示す。
【００１１】
淀み室圧力Ｐ０は、ダクトから流入する分子と、淀み室およびダクト壁面で散乱されてダクト入り口から散逸する分子のバランスにより決定されるため、主流条件が定常となってからＰ０が静定するまでに時間を有する。静定までの特性時間は、主流が希薄になればなるほど、壁面温度が下がれば下がるほど、またダクトの縦横比がおおきくなれば大きくなるほど長くなる。従って、計測システムの応答時間は、主流の密度を考慮した上で、適切な壁面温度と縦横比を設定して決定されなければならない。θの変化が速い気流条件では、応答時間を短くするために縦横比を小さくする必要があるが、これにより淀み点圧力Ｐ０は低下するため、気流条件にあった適切な設計が必要である。
上記の希薄気流の特性を反映して、次節に示す方法により、速度の向き，速度，気流密度を決定することが可能となる。
【００１２】
次に、本発明に係る３次元細長ダクトを用いたラム圧縮型希薄流エアデータセンサーについて説明する。図１に示す基本的な淀み圧計測システムを用い、希薄流特有のラム圧縮特性に従って、ダクトの縦横比χ≡ｄ／Ｌ，壁面温度ＴＷ，主流速度Ｖ，主流圧力Ｐ，および主流とｘ軸のなす角θに対する淀み室圧力Ｐ０の相関をあらかじめ定量化し、データベースとして蓄積しておく。淀み室圧力Ｐ０およびＴＷを計測することにより、このデータベースを参照表（look up table）として用い、主流圧力Ｐおよび主流とｘ軸のなす角θを決定することができる。定量化する方法としては、自由分子流近似とランダム拡散近似による幾何的な近似解析方法、より正確なモンテカルロ直接法（ＤＳＭＣ法）による解析方法、あるいは気流特性が正確に分かっている希薄気流風洞を用いて計測機器を校正する方法が挙げられ、いずれも実用可能レベルにある。
【００１３】
一例として、本計測システムを高度180ｋｍの極低軌道を周回する人工衛星のエアデータセンサーとして用いる場合を示す。この場合軌道速度Ｖ＝7.8ｋｍ/ｓは既知であり、壁面温度ＴＷ＝274Ｋと仮定する。淀み室圧力Ｐ０および壁面温度ＴＷより主流圧力Ｐおよび主流と衛星の主流に対する迎角(主流とｘ軸のなす角)θを決定する。図２，図３に示すのは、詳細なＤＳＭＣ解析により求められた、ダクトの縦横比χ、および迎角θに対する圧縮比βの相関である。図で回復密度(Recovery density)とあるのは、主流密度を標準大気モデルと仮定した場合の淀み室内での密度である。逆に実際のアプリケーションでは淀み室圧力Ｐ０および壁面温度ＴＷからよどみ室内の密度を計算し、これを圧縮比で除することで主流の密度を得ることができる。図２で圧縮比は近似的に
β＝β０（0.244−0.330lnχ）            式３
で記述できる(但し0.05＜χ＜0.2 の範囲に限る)。ここでβ０＝177は気流条件と壁面温度から決まる係数、lnχは自然対数χである。式３は一般的な希薄流中ダクトの特性であり、任意の圧縮比のダクトを設計する際に利用できる。
図３に示すように、圧縮比βは迎角θに強く依存し、特にダクトの縦横比χ≡ｄ／Ｌに対応する特性角θｃｒ＝tan−１(χ)の前後で大きく変化する。圧縮比βの迎角θに対する感度は高いため、Ｐ０の変化を計測することで精度良くθを決定することができる。
【００１４】
次に、３次元細長ダクトを用いたラム圧縮型希薄流エアデータセンサーについて説明する。図１に示した矩形ダクトから構成される淀み圧計測システムは基本形態である。このシステムで高いラム圧縮比を実現して計測システムのＳ/Ｎ比を実現し、淀み室圧力Ｐ０と壁面温度ＴＷを計測することで、主流の密度、計測システムの主流速度に対する角度(迎角)θを決定することができるが、決定される迎角は全迎角(ｘ軸と主流のなす角度)であり、縦の迎角(ｙ軸周りの角)および横滑り角(ｚ軸周りの角)を分離して決定することができない。また圧縮比βの迎角θに対する感度はアスペクト比χに依存するものの、任意の感度を設定することができない。
【００１５】
この問題を解決する方法として、図４に示す３次元細長ダクトを用いた淀み圧計測システムを案出した。このダクト形態では、ｚ軸周りの角度変化に対する圧縮比βの感度は、図３と同様に特性角θｃｒ近傍で大きく変化する高い特性を示すが、ｙ軸周りの角度変化に対するβの感度は鈍く、全体としてｚ軸周りの角度変化を効率よく検出することができる。従って図４のような細長ダクトを用いることで、特定の軸周りの角度変化を精度良く検出するシステムを構成することができる。
【００１６】
図４に示す形態では、特定の軸周りの角度変化を精度良く検出することができるが、ダクトがｘ−ｙ面及びｚ−ｘ平面に対して対称であるため、ｙ軸及びｚ軸周りの正負いずれの方向に回転しても、その回転角の大きさが同じであれば同じ淀み室圧力Ｐ０が検出されてしまい、正負いずれの方向に回転しているのか判定できない。これを解決する手法としてダクト形状を非対称にすることを提案する。図５はこのような発想に基づいたシステムである。この形態ではｙ軸の負の方向に回転した場合淀み室圧力Ｐ０の変化は緩やかであるが、ｙ軸の正の方向に回転する場合淀み室圧力Ｐ０は特性角θｃｒ近傍で急激に減少し、図３と同様の特性を示す。
【００１７】
この考えを一歩前進させて、図６に示すような迎角、横滑り角(それぞれｙ軸及びｚ軸周りの回転角)の正負を含めた角度を検出できるシステムを提案する。このシステムではｙ軸周りの角度変化に対して淀み室圧力Ｐ０２とＰ０４は感度が高く同じ特性を示し、ｙ軸周りの角度変化の正負の判定は淀み室圧力Ｐ０１とＰ０３で行なう。すなわち、システムがｙ軸周り正の方向に偏向するとき淀み室圧力Ｐ０１は急激に低下するが淀み室圧力Ｐ０３は緩やかに低下し、逆にｙ軸周り負の方向に偏向するとき淀み室圧力Ｐ０１は緩やかに低下するが淀み室圧力Ｐ０３は急激に低下する。また角度変化の大きさは、角度に対して感度の高い淀み室圧力Ｐ０２とＰ０４により決定できる。同様に、ｚ軸周りの角度変化に対しても角度の大きさと向きを決定できる。
【００１８】
矩形、あるいはこれに準じる形状のダクトを用いる場合、角度の変化に対する淀み室圧力の感度はおおむね図３に示すものとなるが、ダクト形状を３次元的に変化させることで、角度の変化に対する淀み室圧力の感度を任意に制御することが可能である。図７は、この発想に基づいて考案した曲面を利用した細長ダクトであり、図１の矩形ダクトに比べてｙ軸周りの角度変化に対して淀み室圧力Ｐ０の変化は緩やかになるが、図４の細長ダクトの場合よりは淀み室圧力Ｐ０の感度が高い。このようにダクト形状を適切に設計することで、迎角θの変化に対する淀み室圧力Ｐ０の変化を制御することができる。
【００１９】
本発明に係る３次元細長ダクトを用いたラム圧縮型希薄流エアデータセンサーの異なる実施の態様を整理して説明する。
１）  矩形細長ダクトから構成される計測システム
本発明の基本構成は図１に示す計測システムであり、その特性は図２と図３で示される。図２はダクト縦横比χに対する矩形ダクト圧縮比βの変化特性を示し、図３は迎角θに対する矩形ダクト圧縮比βの変化特性が示されている。この特性を用いて淀み室圧力Ｐ０、壁面温度ＴＷの計測値により、高クヌーセン数流れにおいて、流れと計測システムとなす角θの大きさ、速度の大きさ、及び主流の密度を決定することができる。
２）  特定方向の角度変化に対する感度を高くした計測システム
図４に示すような導管の入り口４のｚ軸方向径を大きく取り、Ｖ字状に導管２の壁部を構成した計測システムによって、特定方向（ｙ軸方向）の角度変化に対する感度を高くした計測システムを実現できる。ダクトの形状を３次元的に設計し、特定方向の角度変化に対する感度を高くし、これに垂直な方向の角度変化に対する感度を低くした、細長ダクトを用いた計測システムを実現する。
３）  非対称ダクトを用い角度変化方向の検出を可能とした計測システム
図５に示すような導管の入り口４のｚ軸方向径を大きく取り、傾斜面と底面とで楔状に導管２の壁部を構成した計測システムによって、淀み室圧の変化が角度変化に対して非対称となり、角度変化の方向が検出できるように設計された非対称の細長ダクトを用いた計測システムを実現する。
４）  角度の変化に対する淀み室圧力の変化を制御した計測システム
図７に示すような導管の入り口４のｚ軸方向径を大きく取り、ラッパ状に導管２の壁部を構成した計測システムによって、壁面を適切な曲面で構成されることにより、角度の変化に対する淀み室圧力の変化を制御し、淀み室圧力の計測による角度検出精度を向上させた計測システムを実現する。また、３）の傾斜面に換えてこの曲線形状を採用した変形例も同様に採用できる。
５）  ３次元非対称細長ダクトの組み合わせにより構成された３次元エアデータセンサー
図５に示すような導管の入り口４のｚ軸方向径を大きく取り、傾斜面と底面とで楔状に導管２の壁部を構成した計測システムを図６に示すようにｙｚ平面に９０度ずつずらせると共に隣接する底辺を接触させて組み合わせたシステムとし、ｙ軸周りの角度変化に対して淀み室圧力Ｐ０２とＰ０４は感度が高く同じ特性を示し、ｙ軸周りの角度変化の正負の判定は淀み室圧力Ｐ０１とＰ０３で行なう。すなわち、システムがｙ軸周り正の方向に偏向するときＰ０１は急激に低下するがＰ０３は緩やかに低下し、逆にｙ軸周り負の方向に偏向するときＰ０１は緩やかに低下するがＰ０３は急激に低下する。また角度変化の大きさは、角度に対して感度の高い淀み室圧力Ｐ０２とＰ０４により決定できる。同様に、ｚ軸周りの角度変化に対しても角度の大きさと向きを決定できる。
この応用例として上記の傾斜面に換えてラッパ状の曲線形状を採用した３次元非対称細長ダクトの組み合わせ変形例も同様に採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本技術は、分子ビーム、希薄高速流の流れ、微小スケール流れなど、高クヌーセン数流れの気流計測(流れの密度または速度、速度の向きの計測)一般に広く応用可能であり、応用範囲は極めて広い。
また、本発明の細長ダクトを用いたラム圧縮型希薄流エアデータ計測手法とそのシステムは、高クヌーセン数流れの気流計測の分野に限らず、マイクロマシーンスケールのダクトにナノ圧力センサーを装着した微小計測システムを用いることにより、乱流構造の計測などに用いることの可能な微小スケールのエアデータセンサーとしても応用が可能である。
航空宇宙においては、サブオービタルスペースプレーン、宇宙往還機、低軌道人工衛星、エアロブレーキ衛星、エアロキャプチャオービターなど、希薄気流中を高速で飛行する飛翔体の飛行姿勢角および空気抗力、あるいは雰囲気密度などのリアルタイム計測に用いるエアデータセンサーとして応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に用いられる矩形細長ダクトから構成される計測システムを説明する図である。
【図２】上記の矩形細長ダクトから構成される計測システムのダクト縦横比χに対する矩形ダクト圧縮比βの変化特性を示す図である。
【図３】上記の矩形細長ダクトから構成される計測システムの迎角θに対する矩形ダクト圧縮比βの変化特性を示す図である。
【図４】本発明に用いられる特定方向の角度変化に対する感度を高くした計測システムを説明する図である。
【図５】本発明に用いられる非対称ダクトを用い角度変化方向の検出を可能とした計測システムを説明する図である。
【図６】本発明に用いられる３次元非対称細長ダクトの組み合わせにより構成された３次元エアデータセンサーを説明する図である。
【図７】本発明に用いられる角度の変化に対する淀み室圧力の変化を制御した計測システムを説明する図である。
【図８】従来のピトー管を用いた流体計測を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ピトー管類似形態の淀み圧力計測システム
２  導管（ダクト）
３  淀み室
４  導管入り口（開口部）
５  圧力センサー
【図１】
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【図２】
2009109463.tif 000004
【図３】
2009109463.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009109463.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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