2018 Fiscal Year Research-status Report
新たな手法として気体爆轟を用いた爆風シミュレータ：実現象再現度の飛躍的向上
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18K13681
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
前田 慎市 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60709319)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 気体デトネーション / 爆風波 / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）単純な直管形状から成るデトネーション駆動部と爆風管から成る基本装置を構築し、デトネーション駆動部で起爆した気体デトネーションによって爆風管内の大気中へ平面状爆風波を生成可能にした。爆風の最大過剰圧の減衰過程に着目して調査した結果、気体デトネーションの条件（つまり、デトネーション駆動部に充填した可燃性混合気の組成や初期圧力）だけでなく、最大過剰圧はデトネーション駆動部の長さにも大きな影響を受けることが分かった。これらの条件における最大過剰圧の減衰曲線を統一的に評価するため、本研究の手法に適した換算距離の定式化を行った。これにより、爆風シミュレータの形状や作動条件に対して、爆風圧力がどのように変化するかを予測できる目処を得た。
（２）既燃ガスの発光を光センサで捉えることにより、爆風波後方の既燃ガスの流動を計測した。より理想的な（つまり、衝撃波背後で急激な圧力降下を伴う）爆風波形の生成には、気体デトネーション後方の既燃ガスを可能な限り爆風管の下流方向へ流入させないことが重要であることが分かった。デトネーション駆動部の端部を起爆後に真空チャンバへ開口させることで、既燃ガスの影響を減じる手法を構築し、その有効性を確認した。
（３）デトネーション駆動部に圧縮ガスを充填した単純衝撃波管実験を行った。圧縮ガスの組成（空気、ヘリウム、アルゴン、六フッ化硫黄）および圧力を変化させることで、より分子量の大きい圧縮ガスを用いるほど、衝撃波背後に大きな負圧領域が形成される傾向にあることが分かった。これにより、負圧領域の形成に影響する駆動ガスの熱力学的条件、および衝撃波の気体力学的条件を考察できる目処を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
気体デトネーション駆動・爆風シミュレータの基本装置の構築が完了した。本装置で生成される爆風波に対する換算距離の定式化に成功しており、本装置で得られる爆風波の最大過剰圧特性を予測できる段階に至っている。加えて、理想的な爆風波形を得るための圧力プロファイル制御機構について、まずは簡易的な手法（デトネーション駆動部の端部を起爆後に真空チャンバへ開口）でその有効性を確認できている。単純衝撃波管実験も完了しており、その結果を踏まえた負圧領域形成条件の整理が現在進行中である。全体的にほぼ予定どおりの達成度が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度は、爆風圧力プロファイル制御機構をより詳細に検討し、その結果を適用した爆風シミュレータを構築する。さらに、可視化観測部を製作してシュリーレン法と高速度カメラを用いた光学観測を導入し、本装置における爆風生成および爆風制御のメカニズムをより詳細に明らかにする。これにより、本研究の爆風シミュレータで再現可能な爆風条件の範囲を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（理由）
次年度製作する可視化観測部の形状に合わせて、デトネーション駆動部および爆風管を設計する必要が生じたため。
（使用計画）
デトネーション駆動部、爆風管、可視化観測部を含む爆風シミュレータ装置を製作し、現象の光学観測を可能とするために使用する。
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