2017 Fiscal Year Annual Research Report
機能性分子センサを用いた高温衝撃風洞における空力加熱計測手法の確立
| Project/Area Number |
17H03474
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大西 直文 東北大学, 工学研究科, 教授 (20333859)
丹野 英幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (30358585)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 空力加熱 / 極超音速 / 感温塗料 / 機能性分子センサ / 背面観測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，宇宙飛行体が大気再突入時に晒される高温・高圧環境から受ける空力加熱（物体に侵入する熱流束）分布を，非接触でかつ定量的に計測する光学計測手法を開発することである．申請者はこれまでに感温塗料（Temperature-Sensitive Paint, TSP）技術を用いて，この空力加熱計測を実施してきた．その中で，低いエンタルピーの極超音速流れでは定量的な空力加熱分布の可視化に成功しているが，自発光を有するような高エンタルピーの流れ場では，自発光とTSPによる発光を分離することができなくなり，定量的な計測ができなくっていた．本提案では，従来の感温塗料を用いた計測技術に新たな発想（背面観測，遮光層の導入）を加えることにより，高エンタルピ流れにおける空力加熱の定量的な計測に取り組んだ．
今年度は，遮光層を利用した空力加熱率の高精度推算方法を確立するため，（１）遮光層の選定，（２）遮光層を有するTSPの発光強度／感度の調査および時間応答性，簡易試験装置による遮光性の確認を行った．遮光層には，従来のTSPのバインダーとなるアクリル粒子と遮光性を有する粉末を混合することで作成した．候補となる複数の粉末とその体積分率を変えることで，その傾向を調べた．またレーザーを用いての応答試験を行い，候補となった遮光層を有するTSPの時間応答性や光の透過率を調べた．これら一連の基礎試験により，高温衝撃風洞試験で使用するための新たなTSPに目処が立ったといえる．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，遮光層を有する新たなTSPの調査を行い，実際の高温衝撃風洞試験に適用可能な材料の選定，条件出しをすることが出来た．また実証試験に向けた試験モデルの設計検討を実施した．しかしながら，当初予定していた試験モデルおよび光学系では検証試験を実施することが難しく，その見直しが必要となった．これに併せて，試験モデルの再設計および光学系の見直しが必要となったため，当初の計画より若干遅れることとなった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
試験モデルおよび光学系の再検討を行うにあたり，これまでに見出した遮光層および遮光層を有するTSPの応答性に若干の不足を感じた．高温衝撃風洞を用いた試験は機会が極端に限られているため，確実な計測ができるように次年度は，基礎試験に集中し，さらに高性能なTSPの開発と基礎試験に注力することとする.加えて，得られた画像データから空力加熱を高精度に推算するための解析手法の見直しも併せて実施することとする．これにより，全体的な検証は遅れるが，計測手法としての信頼性を上げることとなる．
|
