2019 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of Laser-Detonated Shock Tube and Improvement of Heating Prediction Accuracy of Atmospheric Entry Capsule with Precursor Radiation
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19H02348
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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) |
富田 健太郎 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (70452729)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザー支持デトネーション / 超高速惑星大気突入 / 衝撃波管 / レーザートムソン散乱 / 先行電子 / 輻射加熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「①超高速突入環境を模擬できるレーザー爆轟式の革新的衝撃波管、②レーザートムソン散乱法による先行電子の高精度計測」を提案し、その実用性・性能を評価することを目的としている。本年度は、レーザー爆轟波駆動用のパルスレーザーを購入後、爆轟波駆動実験を開始し、レーザートムソン散乱法による先行電子計測を実施する予定であった。しかし、納品されたパルスレーザーに不具合が発生しており、年度内に実験を開始できなかった（現在、修理に向けた段取りをメーカーと進めており、早ければ2020年6月、遅くとも2020年9月には実験を開始できる予定である）。
そこで、本年度は、数値流体解析を用いて、レーザー爆轟波の駆動シミュレーションを行い、先行電子計測に適した条件を探した（作動ガスは、空気、ヘリウム、アルゴンの三種類について調べた）。その結果、ヘリウム駆動の条件が、非共同トムソン散乱光（電子の振る舞いを直接抽出可能）の計測に最も適しており、また空気駆動の場合も、先行電子が衝撃波背後の再結合で失われる様子が非共同トムソン散乱光計測により補足できる可能性が高いことがわかった。一方、アルゴンについては、共同トムソン散乱（イオンの振る舞いの影響を受ける）領域になるため、電子物理量計測に困難が伴うことが予想された。以上の数値計算予測に従い、来年度は、まずは空気とヘリウム雰囲気での実験を行う予定である。
また、レーザー爆轟波での先行電子のレーザートムソン散乱計測の予備試験として、先行電子と同程度の密度（10^20 m^-3程度）と温度（5,000 K程度）を持つ、アークプラズマ流の電子密度・温度計測を実施した。得られた計測値は、数値流体解析の予測値と非常によく一致しており、この計測系の信頼性が確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
納品されたパルスレーザーに不具合が発生しており、今年度内に実験を開始できなかった。現在、修理に向けた段取りをメーカーと進めており、早ければ2020年6月、遅くとも2020年9月には実験を開始できる予定である。その代わり、今年度は、数値解析予測を先行して行い、実験条件の精査を完了したため、上記スケジュールにて実験開始後は、遅れを取り戻せる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
パルスレーザーの不具合の修理後、レーザー爆轟波の駆動実験を行い、レーザートムソン散乱計測により先行電子の物理量計測を行う（空気、ヘリウム、アルゴン雰囲気中で行う）。また、計測値と数値計算予測と比較し、計測の妥当性を検証の上、レーザー爆轟波の超高速衝撃波管としての性能を検証する。その際、普通の大型衝撃波管での先行電子計測データとの比較も実施する。次に、減圧およびレーザー集光密度を変化させ、爆轟波の高速化により衝撃波管としての性能を向上させる。上記の実験と並行して、数値解析コードの二次元化および輻射コードの詳細化を実施し、数値予測精度を向上させ、物理現象解明へ繋げる。
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Research Products
(4 results)
