再突入カプセル周りの４次元密度場計測に基づく動的不安定性の実験的解明
| Project/Area Number |
23K26294
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| Project/Area Number (Other) |
23H01600 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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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 | Chiba University |
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Principal Investigator |
太田 匡則 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60436342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠中 和明 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30749320)
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 定量的密度計測 / 再突入カプセル / 背景設置型シュリーレン / 高速流 / 自由飛行 / ３次元計測 / 定量密度計測 / 高速流れ / 弾道飛行装置 / 衝撃波 / 流体計測 / 背景設置型シュリーレン法 / 動的不安定性 / 高速非定常流れ |
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| Outline of Research at the Start |
飛翔体の動的不安定のメカニズム解明に向け，飛翔体壁面近傍を含む周囲流動構造の4次元計測を実現する．自由飛行中の再突入カプセル模型まわりの流れを対象として，衝撃波，壁面境界層および後流域の非定常密度場を3次元，4次元計測する．そのために代表者らが世界に先行する「ダブルパス背景設置型シュリーレン法(Background Oriented Schlieren法)」と分担者らの画像解析技術およびPINNによる 圧力場算出技術と融合し，最終的に再突入カプセル模型周囲の4次元密度場計測を世界で初めて実現し ，動的不安定発生メカニズムを実験的に解明する.
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和５年度には，これまでに開発してきた11台のデジタルカメラを用いた多方向同時計測システムを改良し，新たに１ユニットを追加で作成した．これにより，弾道飛行装置内を自由飛行するカプセル型模型まわりの非定常流れ場を異なる２時刻で計測することが可能となった．当該年度中に実施した東北大学流体科学研究所の弾道飛行装置を利用した計測実験では，ハヤブサ型カプセル模型を利用した計測を行い，直径21mm，マッハ数約 1.2で自由飛行するカプセル模型まわりの３次元密度場計測に成功した．弾道飛行装置内の２箇所に設置した多方向同時計測システムによる計測で，カプセル模型の飛行方向ならびに飛行姿勢，カプセル模型まわりの３次元非定常流れ場の同時計測に世界で初めて成功した．これにより，実験結果と同じ飛行条件で数値解析（Computational Fluid Dynamics - CFD）によるシミュレーションを実施することが可能となり，これまで個別に行われていた実験的計測結果とCFDによるシミュレーション結果を直接，比較・検証することが可能となる．そのため，再突入カプセルの自励振動現象解明のための解析をさらに進めることが可能となった．今後の非定常密度場に対する４次元計測の実現のため，小型高速度カメラの導入を行い，光学ベンチ上における基礎的な検証実験を開始した．また，BOS法の新たな計測手法であるダブルパスBOS法について基礎実験を行い，基礎的な関係式を明らかにした．
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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
弾道飛行装置における３次元密度計測を実現することができた．また，多方向同時計測装置を改良，追加することで超音速で自由飛行するカプセル模型の飛行方向ならびに飛行姿勢，３次元密度場の同時取得に成功した．これによりCFDと実験結果との直接比較が可能となるため，最終的な目的であるPINNの実現へ向けた重要な進展であるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は弾道飛行装置における計測実験を引き続きおこない，実験データを蓄積する．これと併せてCFDによる数値シミュレーションを行い，実験条件に整合した数値解析結果を複数取得する．これらのデータからPINNによる解析を試みて，再突入カプセルまわりの非定常流れ場の解析を進め，カプセルの自励振動メカニズムの解明へと繋げる．また，小型高速度カメラを複数台導入し，一つの多方向同時計測システムで２時刻分の３次元計測の実現を図る．これにより，カプセル模型まわりの非定常流れ場の時間的な変化を定量的に取得することが可能となり，自励振動メカニズムの解明に有用である．
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Double-pass imaging background-oriented Schlieren technique for focusing on measurement target2023
Author(s)
Hirose, Y., Yamagishi, M., Udagawa, S., Inage, T., Tagawa, Y. and Ota, M.
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Journal Title
Experiments in Fluids
Volume: 64
Issue: 9
Pages: 151-151
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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