| 研究課題/領域番号 |
16K14512
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
阿部 晃久 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (50221726)
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| 研究分担者 |
西尾 茂 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (30208136)
藤本 岳洋 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (60314514)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 衝撃波管 / 磁力支援方式 / 高圧ガス駆動 / 水中衝撃波 / 気泡運動 |
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| 研究実績の概要 |
衝撃波現象の研究は、多くの分野に関連し、様々な応用活用技術が確立され、最先端研究が活発に推進されている。一方、我国の経済や産業の基盤を支える海事分野ではこれまで衝撃波現象を活用した技術の開発事例は見られない。本研究では、衝撃波現象を活用する新たな舶用技術の創出を目的として、船舶上で実現するために機関の排気を利用する省エネルギーかつ簡易な水中衝撃波生成と制御技術開発に挑戦する。本研究成果によって、海事関連産業における水中衝撃波を活用する新規技術の創出に繋げられれば、その意義は大きいと考えられる。
平成28年度では、実験システムの構築と気中衝撃波を水中衝撃波へ変換する方法の検討を実施した。実験装置は、排ガス利用の見地から高圧ガス駆動型とし、独自開発した磁力支援方式を組み込み、且つ無隔膜方式の小型衝撃波発生装置の設計を目指した。駆動機構の設計と共に装置の各部品の設計・作製を行った。一方、気中衝撃波から水中衝撃波への変換方法について、気中で発生させた衝撃波を水面に衝突させても衝撃インピーダンスが大きく異なることから、衝撃波を水中へ直接導入することは難しいと考えられる。別の視点から、水中気泡群の運動を用いる可能性について、予備的実験を試みた。シリコーン隔膜の運動による気泡の巻き込みから、水中に多数の気泡を生成させて、外部からの衝撃波による運動誘起で、多数のリバウンド衝撃波を発生させるなどの生成効果を検討した。可視化的には衝撃波の生成を捉えることはできたが、十分な圧力の衝撃波面を計測することはできなかった。
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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
平成28年度では、実験システムの構築と気中衝撃波を水中衝撃波へ変換する方法の検討を実施した。実験装置は、排ガス利用の見地から高圧ガス駆動型とし、独自開発した磁力支援方式を組み込み、且つ無隔膜方式の小型衝撃波発生装置の設計を目指した。実験装置の製作において、磁力支援方式の小型無隔膜衝撃波発生装置の駆動メカニズムに伴う設計に時間が費やされ、装置の部品の製作までは進められたものの、予定していた駆動確認実験および性能試験まで至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験システムの構築、気中衝撃波を水中衝撃波へ変換する方法の検討を継続して実施する。平成29年度前半は、前年度に独自開発した圧縮ガス駆動の磁力支援方式無隔膜衝撃波生成装置を用いて実験計測システムの構築と確認を行い、実験システムの性能確認と評価を実施する。性能試験において弾性体コンバーターは、予備実験で用いられてきたシリコーン材料を用いる他、金属弾性体を用いた衝突体コンバーターについても提案し、確実な水中衝撃波発生方法を見出す。水中衝撃波の直接的観測には可視化および圧力計測が有効であることからシャドウグラフ法やシュリーレン法を用いるが、特に微小な気泡運動の観測に対してBOS法を導入する。BOS法は、画像処理により定量的な物理量（密度、圧力）の推定が可能であることから、通常のセンサーで計測できない小さな観測対象に対して導入するメリットが大きい。また、衝撃波を伴う流れ場のBOS可視化システム構築には、適切な画像解析法が必要であり、画像処理法について検討を行う。また、水中衝撃波生成メカニズムについて検討するために、固体中の応力波伝播（縦波およびせん断波）について数値解析を試みる。有限要素法による解析実績に基づき、急激な内圧が作用する高弾性率の弾性材料の変形速度を明らかにし、連成解析問題について検討を行う。
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