2018 Fiscal Year Annual Research Report
ソニックブーム波形予測に向けた乱流と衝撃波の干渉に関する風洞実験
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18J21758
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
猪熊 建登 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 衝撃波 / 乱流 / 流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ソニックブームの波形予測に向けて、風洞内に生成した乱流中に衝撃波を伝播させる実験を行い、乱流と干渉した衝撃波の背後過剰圧変調メカニズムを解明することを目指した。風洞内に生成する乱流場として、格子乱流、円柱後流および加熱円柱後流の3種類を考え、それぞれに対して衝撃波管の開放端から放出された衝撃波を伝播させる実験を複数回行い、乱流と干渉した衝撃波の統計的特性を調査した。格子乱流と衝撃波の干渉実験では、乱流の速度変動が衝撃波の過剰圧に与える影響を調べた。乱流の速度変動の大きさおよび衝撃波のマッハ数を変え、乱流と干渉した衝撃波の背後過剰圧を圧力センサを用いて計測した結果、過剰圧の平均値は乱流による干渉の影響をほとんど受けない一方で、過剰圧の変動強度は乱流の速度変動の大きさに比例して増加することがわかった。また、乱流と干渉した衝撃波面の幾何学的性質を利用したモデルも構築し、過剰圧変動特性を実験と理論の双方によって考察した。円柱後流と衝撃波の干渉実験では、円柱後流の非一様な速度特性を利用し、乱流の速度の平均値や変動強度が衝撃波に与える影響について調べた。乱流場の速度平均分布は過剰圧の平均値に、速度変動強度は過剰圧の変動に影響することがわかった。加熱円柱後流と衝撃波の干渉実験は、温度の平均値や変動強度の分布を伴う乱流場での衝撃波の特性に関する調査を目的として行った。加熱円柱は円柱にコードヒーターを巻き付けて、円柱を加熱する装置であり、加熱円柱の後流に温度の平均・変動場を生成することができるものである。加熱円柱後流の温度を冷線温度計、衝撃波の過剰圧を圧力センサで同時に計測した結果、温度変動と過剰圧変動の間には負の相関があることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
格子乱流・衝撃波の干渉実験では、格子の大きさ、乱流の平均流速、衝撃波背後過剰圧計測用の圧力センサの設置などを工夫することで、乱流や衝撃波の強度に関して幅広い範囲の条件で実験を行うことができた。また、実験結果のみならず、衝撃波の変形に関する理論モデルを構築して過剰圧変動特性を考察できたことは当初の計画以上の成果である。円柱後流・衝撃波の干渉実験についても、円柱の設置方法を工夫することで、非一様な速度分布をもつ乱流場の条件について細かく設定することに成功し、衝撃波に与える影響について詳しく調べることができた。また、加熱円柱後流・衝撃波の干渉実験では、温度と過剰圧の同時計測にすでに成功し、過剰圧の温度依存性を調べる手法を確立することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
格子乱流・衝撃波の干渉実験については、圧力センサを複数個用いた多点同時計測を行い、乱流と干渉した衝撃波の幾何学的な特性を明らかにすることを目指す。また、加熱円柱・衝撃波干渉実験については、加熱円柱後流の速度や温度および衝撃波マッハ数を変えて行い、衝撃波の過剰圧特性をより詳細に調査したい。冷線温度計、熱線流速計および圧力センサを用いた温度、速度、圧力の同時計測システムを風洞内に構築し、加熱円柱後流と干渉した衝撃波過剰圧特性と温度変動・速度変動の関係を探求する。
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