衝撃波計測を目的とした超高速スパ-ク光源の開発とその応用計測

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03238215
• Research Institution: Anan National College of Technology
• Principal Investigator: 宮城 勢治 阿南工業高等専門学校, 制御情報工学科, 助教授 (90018010)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武知 英夫 阿南工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (70076850) ; 森川 鋭一 阿南工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (50043972)
• Keywords: スパ-ク光源 / 衝撃波 / 可視化 / 高速流体 / カラ-シュリ-レン

Research Abstract

本研究の目的は気体、液体、固体中の衝撃波の観測、水中衝撃波のフォ-カッシング現象の観測など従来の計測の概念を上回る高速現象の光学的可視化に応用する、ナノ秒台のパルス幅を持ち実用的な高輝度超高速スパ-ク光源を開発すること、および実際に光源を衝撃波計測に応用してその有効性を確かめ、衝撃波現象の解明に貢献することである。
従来の研究結果と本年度の研究により、衝撃波計測用として発光パルス幅20〜30ns、光度10kW/sr、タイムジッタ-60ns以下(シングルパルス)で発光部が揺らがない、確実に点火する大気スパ-ク光源(Nanospark1400)を開発し、その結果を第18回国際衝撃波シンポジウムで報告した。光源の性能は優秀で衝撃波の回折・反射などを高分解能で観測するのに大いに役立つことが分かった。本光源は既に国内外で数台衝撃波研究に使用されている。
次に密度変化の方向をよく観測するためカラ-シュリ-レン法(三色フィルタ法)に本光源を応用したところ、ASA1600カラ-フィルムに現象は鮮明に写ったが、ASA400フィルムに対しては光量不足で、そのためXeガスを封入すればよいことが分かった。しかしXeガスを使用すると発光パルス幅が400nsまで増大する。そこで主放電コンデンサ-を約3倍の4000pFにしたもの(Nanospark4000)を製作し、その放電発光特性を調査した。その結果、大気中のパルス幅は約70nsであるが、発光強度はナノスパ-ク1400の約1.4倍で発光エネルギ-は約4倍となり、従ってASA400カラ-フィルムで撮影できることが分かった。
更にカラ-フィルタ-ソ-スマスク法によるカラ-シュリ-レン系を製作し、ナノスパ-ク4000を超音速噴流の二次元カラ-可視化に応用したところ、Xeガスを封入することによりASA400フィルムに衝撃波現象を鮮明に撮影することができた。次年度はすでに完成したナノスパ-ク1400を2台使用し、任意の時間間隔で発光させることにより衝撃波の時間的形状変化をシュリ-レンまたはシャドウグラフ法で観測するシステムを構築し、実際に写真撮影して種々の衝撃波現象の解明に寄与したい。

Research Products

• [Publications] S. Miyashiro: "Novel Nanosecond Spark Source for Optical Measurements in Shock Wave Research" Book of Abstracts:the 18th International Symposium on Shock Waves. H3-H4 (1991)
• [Publications] 宮城 勢治: "衝撃波計測を目的とした超高速スパ-ク光源の開発" 平成3年度 衝撃波シンポジウム講演論文集. 71-74 (1992)
• [Publications] S. Miyashiro: "Short Duration Spark Source for Colour Schlieren Method(accepted)" 20th International Congress on High Speed Photography and Photonics. (1992)