超音速燃焼流における半導体レーザーを用いた速度・温度・濃度同時計測法の開発研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555254
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30170343)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸田 薫 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教授 (50260451) ; じゅ 詒光 東北大学, 工学研究科, 助教授 (60261468) ; 花井 宏尚 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30312664) ; 藤森 俊郎 石川島播磨重工業, 基盤技術研究所, 課長代理(研究職) ; 三谷 徹 航空宇宙技術研究所, 角田研究センター, 室長(研究職)
• Keywords: 超音速燃焼 / レーザー計測 / 半導体レーザー / 速度計測 / 温度計測 / 濃度計測

Research Abstract

本研究は,マッハ数3.5までの超音速燃焼流において,速度・温度・濃度の同時計測を行うことができる,新しい非接触光学計測法を開発することを目的とする.その目的のために,コンパクトな半導体レーザー光のH_2Oによる光吸収法の適用を図り,水素燃焼流における速度・温度・濃度同時計測に適した吸収線の解明,高温H_2Oからの輻射および強い乱流によるゆらぎ等の補正と最適光学系の開発等に取り組むことによって,本方法の超音速燃焼計測技術としての実用化を目指す.
本年度は,はじめに半導体レーザー光源部,光ファイバーによる超音速風洞へのレーザー光導入部の開発製作を行った.レーザー波長としては,波長1.393μmを中心波長とするInGaSaP半導体レーザーを選定した.また,研究協力者(米国)の実験室において受光解析機器を使用し,予想される温度範囲における温度およびH_2O濃度範囲におけるのH_2Oの最適吸収線を調べた.その結果,1300Kから2000Kまでの範囲においては7181cm^<-1>と7184cm^<-1>の吸収線が,1300Kより低い温度範囲においては,7181cm^<-1>および7179cm^<-1>の吸収線が適していることが判明した.平面火炎バーナに水素-空気混合気に対する予混合火炎を安定化させてシステムを動作させ,化学平衡計算による温度を用いて温度校正曲線を作成した.さらに,輻射補正された熱電対による温度計測結果と比較した結果,本システムの計測精度および再現性は,±30K程度であることが分かった.本システムをブローダウン型超音速風洞で使用するのに適したソフトウェアシーケンスの検討をも行った,また,超音速風洞におけるレーザー光導入窓部にInfrasil 301溶融石英ガラスを使用することとし,窓部設計を行い,超音速燃焼に対する実験準備を進めた.