| Project/Area Number |
22K04533
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
市原 大輔 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80815803)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 衝撃波 / 光ヘテロダイン干渉計 / 光Doppler式速度測定 / 衝撃波管 / 光ドップラー式速度計 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，超音速旅客機の実現に向けた動きが国内外にて活発化する中で，衝撃波の発生に起因する空力性能の低下を改善すべく，衝撃波面の変調とそれに伴う状態量(密度・圧力・エントロピーなど)変化に関する深い理解が求められている．そこで本研究では衝撃波内部における粒子間衝突を介したエネルギー散逸課程に注目する．初めに光ヘテロダイン干渉法を活用した衝撃波内部の密度場測定手法を確立する．続いて時間変動する流れ場と衝撃波との干渉現象に関し，波面の変調を伴う衝撃波の内部構造，衝突パラメータ(衝突周波数・平均自由行程)及び背後状態量の関係を明らかとする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，超音速旅客機の実現に向けた動きが国内外にて活発化する中で，衝撃波の発生に起因する空力性能の低下を改善すべく，衝撃波面の変調とそれに伴う状態量(密度・圧力・エントロピーなど)変化に関する深い理解が求められている．そこで本研究では衝撃波内部における粒子間衝突を介したエネルギー散逸課程に注目する．
今年度は申請者の提案する光ヘテロダイン干渉法を応用した密度場の非定常測定手法に関して、衝撃波管内に発生する平面衝撃波背後の密度場測定に取り組み本提案原理の実証実験を展開した。衝撃波管内にファイバーレーザー光を導入し平面衝撃波がレーザー光を通過する際の屈折率変化量を光Doppler式速度計で測定する。実験に先立ちレーザービーム径の空間変化をビームプロファイラで取得した。コリメートレンズを通過したレーザービームは約600nmのビーム径(1/e2)を200mmにわたって維持していることが分かった。衝撃波管は62mmx62mmの矩形流路を有していることを考えると測定領域全体にわたって一様なビーム径が期待できる。次に、実際に平面衝撃波を発生させ衝撃波通過に伴う屈折率変化量を取得した。測定には広帯域オシロスコープを用い時間分解能0.65マイクロ秒を達成している。光Doppler式速度計による見かけの速度は最大で5.0m/sであった。見かけの速度は屈折率の時間変化率に比例しおおよそ80.6s-1に対応する。さらに、Gladstone-Daleの式に基づくと密度の時間変化率350g/cm3/sが得られる。衝撃波の伝搬速度と前述のレーザービーム径とから600nmのレーザービームを横切るのに要する時間を算出し上記密度の時間変化率を積分した結果、表撃破の通過による密度増加量は約0.17kg/m3と算出される。これは衝撃波管の関係式から見積もられる密度変化量とよく一致しており本提案手法の妥当性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
先述の通り今年度は本提案手法の妥当性を平面衝撃波を用いて検証することができた。特に、密度場の算出に重要な測定ビーム径に関してビームプロファイラによる実測が重要であった。その結果、既定のWork Distance内では一様なビーム径を維持しているのに対し、これ以遠ではビーム径が線形に増加することも明らかとなっている。本結果は測定光路長の上限値を決める重要な知見である。ビーム径にはFWHMや1/e2など複数の定義がありうる。本測定において各定義に応じたビーム径分布も同時に取得しており密度場を算出するにあたり最も有用なビーム径の定義についても議論できるようになった。以上の理由から本研究は現時点で「おおむね順調に進展している」と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降も研究計画書に記載の実験計画に沿って進める。具体的には円柱後流の時間変動成分測定を進める。擾乱源である円柱後流の変動特性を取得すべく，流速および圧力の時間履歴を測定する．衝撃波管内に設置した円柱に対して平面衝撃波を入射すると衝撃波背後に誘起された流れ場が円柱を通過する際に円柱後流が発生する．圧力測定には前述の壁面圧力計を用いる．流速測定には時間応答性に優れた熱線流速計(熱した金属線の温度変化から流速を算出する装置)を用いる．取得した流速及び圧力の時間履歴に関して各時間平均値に対する標準偏差の割合を変動特性と定義し，入射衝撃波の強度と変動特性との関係を取得する．
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