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2019 年度 実績報告書

背景型シュリーレン法の波面補償に着眼した超解像望遠可視化計測

研究課題

研究課題/領域番号 17H03483
研究機関東海大学

研究代表者

水書 稔治  東海大学, 工学部, 教授 (80433910)

研究分担者 三浦 則明  北見工業大学, 工学部, 教授 (30209720)
太田 匡則  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60436342)
大谷 清伸  東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード可視化計測 / 背景型シュリーレン法 / 補償光学 / 衝撃波 / 実規模実験
研究実績の概要

最終年度では,「超解像望遠BOS法の創生」,「高速・高精度な波面補償」に取り組むことで研究の完成を目指した.

「超解像望遠BOS法の創生」では,「波面補償型望遠BOS法の確立」および「衝撃波計測・精度検証」が主たる課題である.波面補償型BOS法の確立のため,試作したMEMS型可変形鏡とシャック・ハルトマン型波面センサ(以下,SH波面センサ)を組み合わせ補償光学系とし,結像光学系としてカセグレン型望遠鏡(有効径203 m,F値10)を連接させた.さらに,光学系を小型化し,野外計測に対応させた.光学系の基本性能を大気位相盤によるじょう乱模擬実験で検証し,フリード数5 cmに相当する大気じょう乱中で波面補償を達成した.また,精度検証用の衝撃波実験手法を確立するため,パルスNd:YAGレーザとアジ化銀ペレット(薬量10 mg)を使い,衝撃波発生の時間制御を高精度で達成した.

「高速・高精度な波面補償」の実現には,強い大気じょう乱環境における屈折率構造定数の把握が不可欠で,かつ,報告例がない.本課題では,舗装路面上で発生する強い大気じょう乱の特性を把握した.本研究では,幅30m,全長650mの直線舗装路上における光波伝播特性を,レーザシンチレーション,ビームワインド,および空間分解能の周波数特性を取得した.この結果,舗装路面上の大気構造係数は,夜間の安定大気に比して,100倍以上も大きく,波面補償に際しては,新たな概念の波面センサを適用する必要性が明らかとなった.また,湿度が80%を越える環境では,レーザシンチレーションが飽和し,特異な値が得られることを明らかにした.さらに,空間分解能に対する影響評価では,距離200 m を越えると急速に悪化し,安定大気中と比して,MTFが1/4程度以下を得た.これらの結果は,独自設計の波面センサの要求仕様とすると共に,室内模擬実験での条件設定とした.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] 背景型シュリーレン(BOS)法による高速熱流体現象の 3 次元温度分計測2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤匠,太田匡則,水書稔治
    • 学会等名
      2019年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] 大規模流体現象の超解像望遠可視化計測に向けた可搬型補償光学系の設計2020

    • 著者名/発表者名
      吉富勇貴,榎並京次郎,近藤美由紀,峰崎兵夫,早野裕,大屋真,水書稔治
    • 学会等名
      2019年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] 航空機周囲の流れ場の高精度可視化計測に向けた補償光学研究への取り組み2020

    • 著者名/発表者名
      水書稔治
    • 学会等名
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
    • 国際学会
  • [学会発表] 望遠高解像可視化計測のための可搬型補償光学系の試作2020

    • 著者名/発表者名
      吉富勇貴
    • 学会等名
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
  • [学会発表] 強い大気じょう乱中でのシンチレーション計測2020

    • 著者名/発表者名
      木下慶隆,近藤美由紀,下野 駿
    • 学会等名
      第15回 補償光学研究開発のための情報交換会
  • [学会発表] 実機で発生する後方乱気流特性解明のための補償光学による超望遠高精度可視化計測2019

    • 著者名/発表者名
      吉富勇貴,水書稔治
    • 学会等名
      航空宇宙流体科学サマースクール2019
  • [学会発表] Preliminary experiment with conventional adaptive optics for flow visualization in open-air with high-resolution2019

    • 著者名/発表者名
      yojiro Enami, Shin Oya, Yutaka Hayano, Takeo Minezaki, Noriaki Miura, Toshiharu Mizukaki
    • 学会等名
      The 15th Asian Symposium on Visualization
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D-Reconstruction of Density Field for High-Speed and High-Temperature Flow using Background-Oriented Schlieren2019

    • 著者名/発表者名
      Sato, T., Ota, M., Mizukaki, T.
    • 学会等名
      The 2nd Pasific Rim Thermal Engineering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Adaptive Optics for flow visualization in Open-Air2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshitomi, Y., Enami, K., Oya, S., Hayano, Y., Minezaki, T., Miura, N., Mizukaki,T.
    • 学会等名
      16th Asian Congress of Fluid Mechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] 背景型シュリーレン法の波面補償に着目した超望遠高精度可視化計測 :可搬型補償光学装置による波面補償に向けた検討2019

    • 著者名/発表者名
      吉富勇貴,榎並京次郎,大柿克汰,水書稔治
    • 学会等名
      2019年度第1回東海大学総合科学研究所シンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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