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Long-Range Flow Visualization with High-Spatial Resolution by Background-Oriented Schlieren Method Combined with Adaptive Optics

Research Project

Project/Area Number 17H03483
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionTokai University

Principal Investigator

Mizukaki Toshiharu  東海大学, 工学部, 教授 (80433910)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三浦 則明  北見工業大学, 工学部, 教授 (30209720)
太田 匡則  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60436342)
大谷 清伸  東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2017: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Keywords流れの可視化計測 / 補償光学 / 大気じょう乱 / 背景型シュリーレン法 / 接地層 / 衝撃波 / 実機実験 / レーザシンチレーション / 可視化計測 / 実規模実験 / 背景指向型シュリーレン法 / 翼端渦 / 定量的可視化計測 / ソニックブーム / 後方乱気流 / 屈折率構造定数 / 航空宇宙工学 / 流体計測 / 流れの可視化
Outline of Final Research Achievements

To obtain quantitative fluid dynamical information on phenomena that are not reproduceable in wind tunnels, including sonic boom, quantitative visualization method that is able to visualize the flow around aircrafts with high spatial resolution has been studied. The light including information on the flow field will be distorted through atmospheric turbulence at an observer. Firstly, to determine specification of new adaptive optics, the authors have developed a laser scintillation measurement system for the atmospheric turbulence near ground using relatively simplified equipment. Secondary, base on the characteristics of the atmospheric turbulence near ground, an adaptive optics for background-oriented schlieren (BOS) that is able to visualize large-scale fluid dynamical phenomena around aircrafts, has been developed and merged to the BOS. Finally, the authors have successfully made spatial resolution improved by four times.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代超音速機実用化の鍵であるソニックブーム(衝撃騒音)低減、航空交通管制における離発着間隔短縮のため後方乱気流の挙動解明は、航空需要増大に対応するための重要課題である。これらの課題解決には現象の詳細把握が不可欠だが、これらは風洞実験などの縮尺実験では詳細な再現ができず、また、大気乱流や温度勾配などの影響を受け、可視化計測では空間解像度が低いものとならざるを得なかった。本研究の成果は、この限界を打ち破る革新的な定量的可視化計測法の端緒である。前述の現象が詳細に解明されることで、日本の航空科学および航空産業の重要課題の解明・克服に寄与でき、次世代超音速機の実現、航空交通の高効率化が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] 背景型シュリーレン(BOS)法による高速熱流体現象の 3 次元温度分計測2020

    • Author(s)
      佐藤匠,太田匡則,水書稔治
    • Organizer
      2019年度衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模流体現象の超解像望遠可視化計測に向けた可搬型補償光学系の設計2020

    • Author(s)
      吉富勇貴,榎並京次郎,近藤美由紀,峰崎兵夫,早野裕,大屋真,水書稔治
    • Organizer
      2019年度衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 航空機周囲の流れ場の高精度可視化計測に向けた補償光学研究への取り組み2020

    • Author(s)
      水書稔治
    • Organizer
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 望遠高解像可視化計測のための可搬型補償光学系の試作2020

    • Author(s)
      吉富勇貴
    • Organizer
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 強い大気じょう乱中でのシンチレーション計測2020

    • Author(s)
      木下慶隆,近藤美由紀,下野 駿
    • Organizer
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 実機で発生する後方乱気流特性解明のための補償光学による超望遠高精度可視化計測2019

    • Author(s)
      吉富勇貴,水書稔治
    • Organizer
      航空宇宙流体科学サマースクール2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preliminary experiment with conventional adaptive optics for flow visualization in open-air with high-resolution2019

    • Author(s)
      yojiro Enami, Shin Oya, Yutaka Hayano, Takeo Minezaki, Noriaki Miura, Toshiharu Mizukaki
    • Organizer
      The 15th Asian Symposium on Visualization
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D-Reconstruction of Density Field for High-Speed and High-Temperature Flow using Background-Oriented Schlieren2019

    • Author(s)
      Sato, T., Ota, M., Mizukaki, T.
    • Organizer
      The 2nd Pasific Rim Thermal Engineering Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Application of Adaptive Optics for flow visualization in Open-Air2019

    • Author(s)
      Yoshitomi, Y., Enami, K., Oya, S., Hayano, Y., Minezaki, T., Miura, N., Mizukaki,T.
    • Organizer
      16th Asian Congress of Fluid Mechanics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 背景型シュリーレン法の波面補償に着目した超望遠高精度可視化計測 :可搬型補償光学装置による波面補償に向けた検討2019

    • Author(s)
      吉富勇貴,榎並京次郎,大柿克汰,水書稔治
    • Organizer
      2019年度第1回東海大学総合科学研究所シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 補償光学型BOS法のためのシンチレーション計測による接地境界層の大気じょう乱評価2019

    • Author(s)
      七海沙也加,榎並京次郎,吉富勇貴,峰崎岳夫,早野裕,大屋真,水書稔治.
    • Organizer
      平成30年度衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 背景型シュリーレン法による高速熱流体現象の3次元温度分布計測2019

    • Author(s)
      佐藤匠,太田匡則,水書稔治
    • Organizer
      平成30年度衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 補償光学型BOS法光学系の試作と空間分解能向上の確認2019

    • Author(s)
      吉富勇貴,榎並京次郎,七海沙也加,峰崎岳夫,早野裕,大屋真,水書稔治
    • Organizer
      平成30年度衝撃波シンポジウム.
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] CT Visualization of High-Speed Unsteady Flow Field by using High-Speed-Background-Oriented Schlieren.2018

    • Author(s)
      T. Mizukaki,M. Ohta
    • Organizer
      第50回流体力学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Background-Oriented Schlieren法による飛しょう体周囲の衝撃波計測2018

    • Author(s)
      水書稔治,佐藤匠,早川芳仁,松崎伸一
    • Organizer
      第50回流体力学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 補償光学系を適用による航空機周囲の流体可視化の高精度化研究2018

    • Author(s)
      吉富勇貴,水書稔治
    • Organizer
      航空宇宙流体科学サマースクール
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 背景型シュリーレン法による実規模現象の望遠可視化精度改善への取り組み(進捗報告)2018

    • Author(s)
      七海沙也加,水書稔治
    • Organizer
      第12回補償光学研究開発のための情報交換会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 補償光学系を適用による航空機周囲の流体可視化の高精度化研究.2018

    • Author(s)
      吉富勇貴,水書稔治
    • Organizer
      平成30年度衝撃波シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] AOによる航空機周囲の熱流体現象の高精度可視化計測に向けた取組2017

    • Author(s)
      榎並京次郎,水書稔治
    • Organizer
      第11回補償光学研究開発のための情報交換会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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