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2015 年度 実績報告書

「乱れ」の積極的導入による超音速流れの変調と能動制御

研究課題

研究課題/領域番号 15H02321
研究機関名古屋大学

研究代表者

佐宗 章弘  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40215752)

研究分担者 岩川 輝  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70733236)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード超音速流れ / 衝撃波 / 乱流 / 境界層
研究実績の概要

本研究では、超音速流れが「乱れ」によって変調されるメカニズムを解明し、それを積極的に利用した新しい超音速飛行技術を開発することを目的として、①衝撃波圧力の緩和と②流れの損失低下に焦点を絞って実施した。①では、120mm×120mmの矩形断面を持つ対向衝撃波管システムを完成させ、作動実験および熱線風速計を用いた速度履歴の空間分布データを取得した。衝撃波管実験では、衝撃波背後で圧力、温度がともに上昇するため、熱線風測定の較正に対してもこの2変数による補正を定式化した。矩形断面バリスティックレンジにおいて、落下格子を用いて超音速自由飛行領域に人為的に乱流を発生させるシステムを完成させ、作動実験を行った。これによって、衝撃波面が乱流によってトポロジー変化し、背後圧力が変調することによって、人為的に機体近傍場に速度乱れ場を作りソニックブームを軽減できることを実証する準備が整った。また、単一のレーザーパルスを単一箇所に集光し、絶縁破壊によって高温低密度領域を発生させることによって、超音速自由飛行体が誘起する衝撃波背後で圧力変調が起こり、ピーク過剰圧および最大圧力勾配が低くなることを実証した。②では、衝撃波-境界層干渉領域の非定常特性を調べるため、人為的な非定常擾乱を広範な繰返し周波数で付加して挙動を調べ、いわゆる低周波数振動が上流の乱れを導入することで制御できることを実証した。これは、繰返しレーザーパルスによって、境界層剥離の能動制御が可能であることを示唆する重要な結果であり、来年度以降の研究成果の発展に明るい見通しが得られた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1)衝撃波圧力の緩和では、大型対向衝撃波管システムが本格的に稼働可能となり、試験気流の検定として、温度、密度変化を考慮した熱線風速計の較正方法を確立して、境界層厚さを精密に評価することが可能となった。今後、格子乱流と垂直衝撃波との干渉の実験を本格的に実施できる見通しが立った。レーザーパルスによって人為的に衝撃波圧力変調場を発生させる実験については、一箇所にレーザーパルスを集光させて高温・低密度場を作り、超音速自由飛行物体から発生する衝撃波背後の圧力を変させることができることを実証できた。多点ではないが、これは当初予想した以上の成果が挙がったと考えている。(2)流れの損失低下について、超音速流れの中におかれた半球―円柱―フレアーモデル周りの衝撃波―境界層干渉において、エネルギー付加による乱れの導入によって、現在最大の課題となっている「低周波振動」が抑制できることが実証できた。また、これまで、離脱衝撃波および淀み点を含む流れでのみ効果が得られていたのに対して、これらを伴わわない二重円錐モデルでも効果があることが実証できた。

今後の研究の推進方策

(1)対向衝撃波管での実験を進め、垂直衝撃波と乱流の干渉に関する実験データを提示し、各所で行われている数値研究に実験データを提供する。エネルギー付加による積極的な衝撃波背後の圧力場緩和についても、その作用タイミングの効果などさらに深く探究する。(2)流れの損失低下については、二重円錐とカウルを用いた超音速ディフューザーモデルを製作し、乱れの導入によって不始動が回避できること実証したい。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 8件)

  • [雑誌論文] In-Tube Catapult Launch from Rectangular-Bore Aeroballistic Range2015

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Sasoh, Takahiro Imaizumi, Atsushi Toyoda, Takeshi Ooyama
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: Vol.53, No.9 ページ: 2781-2784

    • DOI

      10.2514/1.J053540

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-Boom Performance Demonstration of a Long, Staged Aftbody2015

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Toyoda , Kakuei Suzuki , Takahiro Imaizumi , Akihiro Sasoh
    • 雑誌名

      Trans.Japan Soc.Aero.Space Sci

      巻: Vol.58, No.5 ページ: 307-309

    • DOI

      10.2322/tjsass.58.307

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Counter-Driver Shock Tube2015

    • 著者名/発表者名
      T.Tamba, T.M.Nguyen, K.Takeya, T.Harasaki, A.Iwakawa, A.Sasoh
    • 雑誌名

      Shock Waves

      巻: Vol.25, Issue6 ページ: 667-674

    • DOI

      10.1007/s00193-015-0594-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency modulation in shock wave-boundary layer interaction by repetitive-pulse laser energy deposition2015

    • 著者名/発表者名
      T. Tamba, H. S. Pham, T. Shoda, A. Iwakawa and A. Sasoh
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: Vol.27 ページ: 091704(5pages)

    • DOI

      10.1063/1.4931924

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ring Force Balance System for Small Wind Tunnels2015

    • 著者名/発表者名
      A. Iwakawa, T. Osuka,T. Shoda,A. Sasoh,H. Kawazoe
    • 雑誌名

      Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan

      巻: Vol.13 ページ: 51-60

    • DOI

      10.2322/tastj.13.51

    • 査読あり
  • [学会発表] マッハ3.2流れにおけるエネルギー付加による空力特性向上2016

    • 著者名/発表者名
      正田達郎、Pham Hoang Son、丹波高裕、岩川輝、佐宗章弘
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学( 熊本県熊本市)
    • 年月日
      2016-03-09 – 2016-03-09
  • [学会発表] 超音速ダブルコーン流れの非定常性と繰返しエネルギーパルスによる制御2016

    • 著者名/発表者名
      Pham Hoang Son, 丹波高裕, 正田達郎, 岩川輝, 佐宗章弘
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学( 熊本県熊本市)
    • 年月日
      2016-03-09 – 2016-03-09
  • [学会発表] 能動制御大型対向式衝撃波管の試験気流検定2016

    • 著者名/発表者名
      家弓昌也 川崎広勝 丹波高裕 岩川輝 佐宗章弘、山下哲哉、古田義則
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学( 熊本県熊本市)
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-07
  • [学会発表] 矩形管内の高速噴流及び衝撃波の挙動2016

    • 著者名/発表者名
      川崎広勝,家弓昌也,丹波高裕,岩川輝,佐宗章弘,山下哲哉、古田義則
    • 学会等名
      平成27年度衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学( 熊本県熊本市)
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-07
  • [学会発表] レーザーエネルギー付加による衝撃波振動の制御2016

    • 著者名/発表者名
      岩川輝
    • 学会等名
      平成27年度航空宇宙空力シンポジウム
    • 発表場所
      指宿いわさきホテル(鹿児島県指宿市)
    • 年月日
      2016-01-22 – 2016-01-22
  • [学会発表] 静電加速スラスタの性能評価(II)2016

    • 著者名/発表者名
      水谷佳祐、市原大輔、、岩川輝、佐宗章弘、山崎 拓也、笹原 松隆、岩崎 知二、安井 正明
    • 学会等名
      平成27年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所(神奈川県相模原市)
    • 年月日
      2016-01-15 – 2016-01-15
  • [学会発表] Shock Wave Boundary Layer Interaction Control using Repetitive-Pulse Laser Energy Depositions2016

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwakawa; Takahiro Tamba; Son H. Pham; Tatsuro Shoda; Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      AIAA Science and Technology Forum and Exposition (SciTech 2016)
    • 発表場所
      San Diego(USA)
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-04
    • 国際学会
  • [学会発表] エネルギー付加による衝撃波-境界層干渉の制御2015

    • 著者名/発表者名
      岩川輝, 丹波高裕, Pham Hoang Son, 正田達郎, 佐宗章弘
    • 学会等名
      第52回飛行機シンポジウム
    • 発表場所
      松山市総合コミュニティセンター(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-11-12 – 2015-11-12
  • [学会発表] 矩形断面バリスティックレンジを利用した 超音速複葉翼機の近傍密度・圧力場計測実験2015

    • 著者名/発表者名
      古川大貴、青木勇磨、岩川輝、佐宗章弘
    • 学会等名
      第52回飛行機シンポジウム
    • 発表場所
      松山市総合コミュニティセンター(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-11-12 – 2015-11-12
  • [学会発表] レーザーパルスによるスペースデブリ脱軌道に関する基礎研究2015

    • 著者名/発表者名
      鶴田久、王彬、岩川輝、佐宗章弘
    • 学会等名
      第59回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      鹿児島県民交流センター(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-10-09 – 2015-10-09
  • [学会発表] エネルギー付加を用いた超音速流体正制御の数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      岩川 輝
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2015
    • 発表場所
      ホテルあかね(神奈川県足柄郡湯川原町)
    • 年月日
      2015-08-04 – 2015-08-04
  • [学会発表] 能動制御大型対向式衝撃波管の試験気流に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      家弓昌也
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2015
    • 発表場所
      ホテルあかね(神奈川県足柄郡湯川原町)
    • 年月日
      2015-08-04 – 2015-08-04
  • [学会発表] 衝撃波と乱流の干渉に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      川崎広勝
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2015
    • 発表場所
      ホテルあかね(神奈川県足柄郡湯川原町)
    • 年月日
      2015-08-04 – 2015-08-04
  • [学会発表] 乱流場を飛行する超音速飛翔体の衝撃波と乱流の干渉実験2015

    • 著者名/発表者名
      青木勇磨,古川大貴,岩川輝,佐宗章弘
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2015
    • 発表場所
      ホテルあかね(神奈川県足柄郡湯川原町)
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
  • [学会発表] 衝撃波-境界層干渉領域に対するレーザーエネルギー付加の影響2015

    • 著者名/発表者名
      丹波高裕
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2015
    • 発表場所
      ホテルあかね(神奈川県足柄郡湯川原町)
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-02
  • [学会発表] Control of unsteadiness in shock wave-boundary layer interaction by repetitive laser energy deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Shoda, Takahiro Tamba, Hoang Son Pham, Akira Iwakawa, Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      The 30th International Symposium on Shock Waves (ISSW30)
    • 発表場所
      Tel Aviv(Israel)
    • 年月日
      2015-07-24 – 2015-07-24
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Negative Overpressure Phase of a Laser Breakdown Induced Blast Wave on Impulse Characteristics2015

    • 著者名/発表者名
      Akira Iwakawa, Zhongyuan Wang, Hisashi Tsuruta, Tatsuro Shoda, Bin Wang, Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      The 30th International Symposium on Shock Waves (ISSW30)
    • 発表場所
      Tel Aviv(Israel)
    • 年月日
      2015-07-22 – 2015-07-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Free Flight Measurement of Supersonic Biplane using Aeroballistic Range2015

    • 著者名/発表者名
      Daiki Furukawa, Yuma Aoki, Akira Iwakawa, Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      30th ISTS(international Symposium on Space Technology and Science)
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-09 – 2015-07-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Illuminating Angle on Impulse Characteristics with Pulsed Laser Ablation2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Tsuruta, Bin Wang,Yusuke Katagiri, Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      34th IEPC(International Electric Propulsion Conference)
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-08 – 2015-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Laser Energy Deposition on Shock Wave-Boundary Layer Interaction2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Shoda, Takahiro Tamba, Pham Hoang Son, Akira Iwakawa, Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      30th ISTS(international Symposium on Space Technology and Science)
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-08 – 2015-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] エネルギー付加による衝撃波-境界層干渉制御のメカニズム2015

    • 著者名/発表者名
      岩川 輝,丹波 高裕,正田 達郎,Pham Hoang Son,酒井 武治,佐宗 章弘
    • 学会等名
      第47回流体力学/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所 駒場リサーチキャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-07-03 – 2015-07-03
  • [学会発表] 境界層干渉が誘起する非定常衝撃波振動に対するレーザーエネルギー付加の影響2015

    • 著者名/発表者名
      丹波 高裕,Pham Hoang Son,正田 達郎,岩川 輝,佐宗 章弘
    • 学会等名
      第47回流体力学/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所 駒場リサーチキャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-07-03 – 2015-07-03
  • [学会発表] 超音速複葉翼機の自由飛行実験2015

    • 著者名/発表者名
      古川大貴,青木勇磨,岩川輝,佐宗章弘,豊田 篤
    • 学会等名
      第47回流体力学/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所 駒場リサーチキャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-07-03 – 2015-07-03
  • [学会発表] Free Flight Measurement of Aircraft Model using Aero Ballistic Range2015

    • 著者名/発表者名
      Akira IWAKAWA,Daiki Furukawa,Yuma Aoki,Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      33rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA Aviation
    • 発表場所
      Dallas(USA)
    • 年月日
      2015-06-23 – 2015-06-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of Shock Wave Boundary Layer Interaction using Laser Pulse Energy Depositions2015

    • 著者名/発表者名
      Akira IWAKAWA,Takahiro Tamba,Pham Son,Tatsuro Shoda,Akihiro Sasoh
    • 学会等名
      33rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA Aviation
    • 発表場所
      Dallas(USA)
    • 年月日
      2015-06-23 – 2015-06-23
    • 国際学会
  • [学会発表] 衝撃波と乱流の干渉に関する屋外爆発実験2015

    • 著者名/発表者名
      丹波高裕,古川大貴,青木勇磨,家弓昌也,岩川輝,佐宗章弘,松永猛裕,出雲充生,杉山勇太,松村知治,中山良男
    • 学会等名
      火薬学会2015年度春季研究発表会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-05-28 – 2015-05-28
  • [学会発表] ヘリコン静電加速スラスターの性能評価2015

    • 著者名/発表者名
      市原大輔,馬場輝明,内賀嶋瞭,岩川輝,佐宗章弘,原田翔太,山崎拓也,清水宏文
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第46期年会講演会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-04-16 – 2015-04-16
  • [学会発表] 境界層干渉による衝撃波振動へのレーザーエネルギー付加の影響2015

    • 著者名/発表者名
      丹波高裕,Pham Hoang Son,正田達郎,岩川輝,佐宗章弘
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第46期年会講演会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-04-16 – 2015-04-16

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公開日: 2017-01-06  

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