| 研究課題/領域番号 |
21K18777
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分24:航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 豊田工業大学 (2022-2023)
東京大学 (2021) |
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研究代表者 |
渡邉 保真 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60736461)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 極超音速 / 相変化 / 水 / 着氷 / 極超音速機 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、高速気流中での水の相変化現象を明らかにする事である。
それにより将来型高速・極超音速輸送機における着氷条件を特定し、着氷の影響を受けず安全に飛行可能な気流・湿度条件を解明することで、将来型航空機の安全性向上に資する。
具体的には、超音速・極超音速流れの圧力・温度・容積絶対湿度に対し、気流中に設置した模型に着氷が生成され、あるいは高速気流により着氷が融解・再凝固するときの気流・壁温条件の関係を実験により定量的に明らかする。同時に、気流中の水の相変化と着氷生成に対する解析・予測モデルの提案と検証を行う。
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| 研究成果の概要 |
音速の数倍で航行する，将来型極超音速輸送機で着氷が発生した場合，空力特性や運行の安全性へと影響を与えるため，高速気流中での水・氷の挙動を解明する必要がある．風洞実験では，極超音速機形状を単純化した模型表面と周囲での水及び氷の挙動を観測した．実験の結果，翼前縁で着氷を生成しやすい亜音速旅客機とは異なり，極超音速流れでは膨張波とその下流での温度の急速低下により，下流側機壁で着氷を生成しやすい事が判明した．水の挙動を予測する為，水滴の移流及び極超音速流れに着目し現象の数値シミュレーションモデルを提案した．解析結果は実験結果と良い一致を示し，将来の極超音速機の着氷防止基礎技術としての応用が期待できる．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
基礎化学的な水の非平衡相変化，物理学的な高速流体現象，そして壁面上の着氷現象という応用理工学が密接に関連した複合分野である極超音速機着氷現象に於いて，現象を定量的に観測しその特徴を解明し，着氷の形成しやすい条件の特定，簡易解析モデル構築により，水の高速気流との干渉現象を明らかにした事が学術的意義である．
水の相変化と高速気流干渉現象に対する解析手法により，水を素材・溶媒として用いる創薬・新材料開発分野に対しても，高速かつ柔軟な溶媒状態変化を利用した新たな材料合成手段への可能性を示す点で産業波及効果が期待でき，更に将来型航空機での着氷予測の基礎技術として安全安心な航行に資する点が社会的意義である．
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