| 研究課題/領域番号 |
21K04098
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 湘南工科大学 |
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研究代表者 |
稲毛 達朗 湘南工科大学, 工学部, 准教授 (70633999)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 圧縮性流体 / 可視化計測 / 衝撃波 / 画像処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
背景設置型シュリーレン法は，適当な背景画像とデジタルカメラ，さらに背景画像を照らすための光源のみで構成される非常にシンプルな計測システムである．媒質中の密度変化による屈折率の変化によって生じる背景画像の移動量を画像処理によって定量的に評価することで流れ場（媒質）の密度を定量的に計測できる．光源として紫外，白色，赤色のLEDを光源として波長の差を考慮したBOS計測システムを構築し，BOS法の計測精度の向上を図る．そして模型の影響を受けにくい光源波長を採用し，模型によって遮られてしまう密度情報の取得を試みる．
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| 研究実績の概要 |
高速気流に関して，衝撃波の発生および挙動を定量的に解明することは非常に重要である．超音速で移動するロケットや旅客機などにはソニックブームに代表されるような環境問題や空気力学的な問題があり，それらの原因のひとつである３次元的な衝撃波現象の解明が必要である．また，近年では産業の発展に伴い，プラントで利用するガスや油圧機器などの高圧化とともに管路内においても超音速流れが生じて衝撃波が発生しやすい環境となっている．しかしながら，高速で移動する流体中に生じる衝撃波を３次元的かつ定量的に計測することは難しいのが現状である．
そこで本研究では，３次元的な定量密度計測を実現することができる，背景設置型シュリーレン法に着目し，従来よりもその計測精度を向上させることを目的とする．
複数の光源波長によるBOS計測を実現するために，さらに赤色光の高輝度LEDおよび青色光の高輝度LEDを利用したナノ秒フラッシュランプを開発した．そして，衝撃波管を用いた実験によってBOS法に用いる光源波長の影響と背景画像の歪み量の関係を報告している．
また，より精度の高いBOS計測を実現するためにLEDを用いた計測光源より出力が強い半導体レーザーを用いた光源の開発を実施している．そこで，透明度の高いノズルを製作し，衝撃波の管内流れのBOS計測に取り組んでいる．さらにBOS計測による２次元投影データから３次元密度分布を取得し，新しいCT再構成アルゴリズムの導入を試みている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
LEDの発光時間の短縮に限界が見えており，衝撃波を含む非定常現象を対象としたBOS計測に適している光源を新たに開発していく必要が出てしまった．現在のところ，5Wの半導体レーザーモジュールを用いてBOS計測の光源を開発している．
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| 今後の研究の推進方策 |
衝撃波現象を含む非定常超音速流れ場におけるBOS計測について，波長の影響を検証したところ背景画像の移動量に関する差はみられた．しかしながら計測結果の精度を向上させるために必要な要素として，発光強度と発光時間が重要であるということが分かった．そのため，計測に用いる光源の改良を実施し，2次元の投影データを取得していく．その後，開発したCT再構成計算を用いて，3次元密度分布を取得していく．
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