2017 Fiscal Year Research-status Report
電磁力による衝撃波層増大効果を用いたアーク気流のエンタルピー同定法の開発
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16K14505
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
葛山 浩 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80435809)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 武治 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90323047)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アーク風洞 / エンタルピー計測 / 電磁力 / 発光分光 / 衝撃層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、アーク気流のエンタルピーを高精度で計測可能な電磁力プローブの開発を目指している。このプローブは、電磁力を用いて衝撃層を拡大し、衝撃層内に熱平衡領域を強制的に出現させる。これにより、様々な気流条件下において、発光分光による高精度エンタルピー計測が可能になる。本年度は、前年度に行った宇宙科学研究所（ISAS）750 kW大型アーク風洞での耐熱試験結果により、プローブ材料の耐熱性およびネオジウム磁石の熱消磁の観点から、試験模型は水冷する必要があることがわかったため、新設計の水冷式プローブの開発を行った。開発したプローブは、ISASアーク風洞を用いて、加熱率3 MW/m2の条件下で一分間の長時間耐熱試験に供された。加熱試験中の冷却水温度上昇は、10度程度に留まり、プローブ内部外部ともに、非常に良好に冷却できた。結果として、開発したプローブは、ネオジウム磁石を無消磁で搭載可能、かつ長時間試験が可能であることがわかった。但し、今回の試験では、納期の関係で、プローブの外部材料にセラミックス（電磁力の発生には、プローブ表面材料は非電導性が望ましい）の代わりに、類似の熱的材料特性を持つ真鍮を用い、磁石にもダミーの真鍮を用いているため、電磁力はまだ発生できていない。また、今回の試験では、衝撃層からの発光分光計測も行った。得られた発光スペクトルからボルツマンプロット（熱平衡を要求する）を行い、電子温度の導出を試みた。しかし、データのばらつきが大きく、結果として、電子励起が非平衡状態にあり、通常の衝撃層内は熱非平衡状態である事が確認できた。今後は、プローブ表面材料をセラミックス（材質は窒化ケイ素）に交換し、かつネオジム磁石および強磁場発生用コイルを搭載した試験を行い、電磁力衝撃層拡大を試みる。また合わせて、発光分光を行って、電磁力により衝撃層内に熱平衡領域が出現するか評価し、電磁力プローブの実証を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
セラミックスの業界の好景気による長納期化により、本年度の本試験（ISASアーク風洞を利用）には、セラミックス模型が間に合わなかった。しかし、本試験では、代替材料に真鍮を用いて加熱試験を行い、電磁力プローブの耐熱性の確認はできており、また発光分光試験も順調にデータを取得できたため、来年度はセラミックスを用いた電磁力衝撃層増大試験および発光分光試験が順調に行える予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度開発した電磁力プローブの外面材料をセラミックス（窒化ケイ素）に交換し、ネオジウム磁石を搭載した電磁力発生試験を行う。合わせて、発光分光を行って、電磁力により衝撃層内に熱平衡領域が出現するか検証する。また、昨年度に行った数値解析では、ネオジウム磁石よりも強力な磁束を発生可能なコイル磁場を使用すれば、衝撃層の半分程度が熱平衡領域状態になると予想されているため、ネオジウム磁石の代わりにコイルを用いた試験も行い、その効果を検証する。
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| Causes of Carryover |
セラミックス業界の好況により、模型が想定外の長納期であったため、本年度にセラミックス模型の製作が間に合わず、電磁力発生試験を行えなかった。このため、研究期間を１年延長し、購入を予定していたセラミックス模型（単価15万円・二個）および、強磁場発生用コイルの電源（150万円）を次年度購入することにした。
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