2019 Fiscal Year Research-status Report
Simultaneous Measurements of Bubble Productions and Radiation of Si-based Heat-resistant Composite Materials in High-enthalpy Flows
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17K06941
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
舩津 賢人 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (50323332)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 極超音速反応性流体力学 / ケイ素系耐熱複合材料 / 気泡生成 / 分光計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スペースシャトル退役を背景に、我が国独自の宇宙輸送機による地上－宇宙間の定期的で安全な移動が社会的要請となっている。特に地球大気圏再突入では革新的な耐熱材料開発と高精度な空力加熱予測が求められる。本研究は、高エンタルピー流中の損耗が炭素系複合材料に比べて小さいケイ素系耐熱複合材料に着目し、気流と材料損耗に関わる未解明の材料内部の気泡生成と材料近傍の強い発光に焦点をあてる。開発中の先進的発光分光計測技術に超広ダイナミックレンジカメラを導入することで、気泡生成と発光を同時計測し、ケイ素系耐熱複合材料の非定常挙動を解明する。
本年度は、昨年度に引き続き、開発中の空間的時間的な発光強度分布を得る先進的発光分光計測技術（複数波長フィルター同時利用による簡易型ビデオカメラシステム）により、ケイ素系耐熱材料近傍の強い発光を計測した。これにより所望の二波長に対応する発光強度分布を取得し、その発光強度比分布から空間的時間的な温度分布を推定することができた。また超広ダイナミックレンジカメラを導入し、発光強度分布の計測をした。ダイナミックレンジカメラとその光学系の調整や減光フィルターの選択（使用の有無も含め）に苦慮したが、材料表面から生ずる著しい発光と材料周辺部に生ずる微弱な発光の同時計測の可能性を見いだすことができた。導入したダイナミックレンジカメラの物理的な撮像限界を把握することができたが、研究の進ちょく状況は「やや遅れている」とした。2020年度にはケイ素系耐熱複合材料の選定を行い、超広ダイナミックレンジカメラを用いて、研究計画に沿い、研究を進めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では、「第二年度内に発光強度比分布をもとに強度比法により温度分布を推定する。またアーク加熱風洞による実証実験を試みる。最終年度には、高エンタルピー流中のケイ素系耐熱複合材料内部の気泡生成と材料近傍発光の非定常挙動モデルを構築する。」予定であったが、ダイナミックレンジカメラの物理的な撮像限界の把握に苦慮したことから、研究の進ちょくは「やや遅れている。」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、適切なケイ素系耐熱複合材料の選定を行い、先進的発光分光計測技術により、ケイ素系耐熱複合材料近傍の強い発光を計測する。導入した超広ダイナミックレンジカメラにより、内部（表面近傍）気泡生成と発光強度分布を同時計測する。また、表面温度分布推定のみならず、材料周辺部の微弱な発光強度分布を取得し、その発光強度比分布をもとに温度分布を推定する。さらには、アーク加熱風洞による実証実験を通じて、高エンタルピー流中のケイ素系耐熱複合材料内部の気泡生成と材料近傍発光の非定常挙動モデルを構築する予定である。
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では、「第二年度内に発光強度比分布をもとに強度比法により温度分布を推定する。またアーク加熱風洞による実証実験を試みる。最終年度には、高エンタルピー流中のケイ素系耐熱複合材料内部の気泡生成と材料近傍発光の非定常挙動モデルを構築する。」予定であったが、本年度は、導入した超広ダイナミックレンジカメラの物理的な撮像限界の把握を行った。2020年度には、ケイ素系耐熱複合材料の選定を行い、導入した超広ダイナミックレンジカメラを用いて研究計画に沿い、研究を進めていく予定である。
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