2023 Fiscal Year Annual Research Report
再突入カプセル周りの４次元密度場計測に基づく動的不安定性の実験的解明
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23H01600
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
太田 匡則 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60436342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠中 和明 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30749320)
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
田川 義之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | ３次元計測 / 定量密度計測 / 再突入カプセル / 高速流れ / 弾道飛行装置 / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和５年度には，これまでに開発してきた11台のデジタルカメラを用いた多方向同時計測システムを改良し，新たに１ユニットを追加で作成した．これにより，弾道飛行装置内を自由飛行するカプセル型模型まわりの非定常流れ場を異なる２時刻で計測することが可能となった．当該年度中に実施した東北大学流体科学研究所の弾道飛行装置を利用した計測実験では，ハヤブサ型カプセル模型を利用した計測を行い，直径21mm，マッハ数約 1.2で自由飛行するカプセル模型まわりの３次元密度場計測に成功した．弾道飛行装置内の２箇所に設置した多方向同時計測システムによる計測で，カプセル模型の飛行方向ならびに飛行姿勢，カプセル模型まわりの３次元非定常流れ場の同時計測に世界で初めて成功した．これにより，実験結果と同じ飛行条件で数値解析（Computational Fluid Dynamics - CFD）によるシミュレーションを実施することが可能となり，これまで個別に行われていた実験的計測結果とCFDによるシミュレーション結果を直接，比較・検証することが可能となる．そのため，再突入カプセルの自励振動現象解明のための解析をさらに進めることが可能となった．今後の非定常密度場に対する４次元計測の実現のため，小型高速度カメラの導入を行い，光学ベンチ上における基礎的な検証実験を開始した．また，BOS法の新たな計測手法であるダブルパスBOS法について基礎実験を行い，基礎的な関係式を明らかにした．
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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
弾道飛行装置における３次元密度計測を実現することができた．また，多方向同時計測装置を改良，追加することで超音速で自由飛行するカプセル模型の飛行方向ならびに飛行姿勢，３次元密度場の同時取得に成功した．これによりCFDと実験結果との直接比較が可能となるため，最終的な目的であるPINNの実現へ向けた重要な進展であるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は弾道飛行装置における計測実験を引き続きおこない，実験データを蓄積する．これと併せてCFDによる数値シミュレーションを行い，実験条件に整合した数値解析結果を複数取得する．これらのデータからPINNによる解析を試みて，再突入カプセルまわりの非定常流れ場の解析を進め，カプセルの自励振動メカニズムの解明へと繋げる．また，小型高速度カメラを複数台導入し，一つの多方向同時計測システムで２時刻分の３次元計測の実現を図る．これにより，カプセル模型まわりの非定常流れ場の時間的な変化を定量的に取得することが可能となり，自励振動メカニズムの解明に有用である．
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