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2021 年度 実績報告書

超音速旅客機実現に向けた高揚力・低ブーム化流体制御デバイスの確立

研究課題

研究課題/領域番号 20K14947
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 聖幸  東北大学, 工学研究科, 准教授 (00794067)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードビーム誘起プラズマ / ビーム誘起衝撃波 / 電子衝突電離 / 結合性電離 / 熱電離 / フリーフライト
研究実績の概要

ビーム誘起衝撃波を利用して航空宇宙デバイス周りの流体場を変化させ,航空宇宙デバイスの性能を駆動させる試みとして,照射ビームとプラズマの相互作用,輻射過程を加味した加熱,詳細化学反応過程による重粒子加熱過程を加味した数値モデルを作成し,ビーム照射時に形成されるプラズマ及び衝撃波構造を調査した.照射ビーム強度を下げていくと,支配的な電子生成過程が電子衝突電離から結合性電離,熱電離へと遷移していくことが世界で初めて明らかとなり,それに伴ってプラズマ構造と衝撃波伝搬速度も変化した.加えてビーム誘起衝撃波が実際に流体機器にどのように作用して力を与えるかを評価すべく,実際に航空宇宙機模型を作成してビーム照射を行い,模型周りに形成される電磁場分布をプローブ,吸収体及び赤外線カメラを用いて計測した.機体形状を適切に設計することでビーム誘起プラズマを生成可能な高強度電場を形成可能であるという事が分かり,照射ビームエネルギーを増大させて実際に気体ブレイクダウンを引き起こし,衝撃波を誘起して飛翔体に作用させた.この衝撃波-機体相互作用によって獲得出来る三自由度の力を振り子型天秤を用いて計測したところ,飛翔体の飛行性能を改善可能である事が示された.その後,繰り返しパルス照射を前提としたフリーフライト模型と機体マウントステージを作成して繰り返しパルス照射を行い,ビーム照射によって飛翔体の飛行性能が改善され,フリーフライトが可能となる事を示した.

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Study of the Micro-turbulence Plasma Structure on a Hall-effect Thruster Using 2D Kinetic Simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Tsunezawa, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of 33rd ISTS

      巻: 1 ページ: 2022-b-09

  • [雑誌論文] Numerical Simulation of Millimeter-wave Discharge under Subcritical Beam Intensity2022

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Suzuki, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of 33rd ISTS

      巻: 1 ページ: 2022-b-50

  • [雑誌論文] Beam-riding Characteristic Evaluation on Multi-parabola Thruster Using Pendulum-type Measurement System2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Takahashi, Kenichiro Ashikawa, Koichi Mori, and Naofumi Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of 33rd ISTS

      巻: 1 ページ: 2022-b-57p

  • [雑誌論文] Plasma Propagation via Radiation Transfer in Millimeter-wave Discharge under Subcritical Condition2022

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Suzuki, Chinami Kato, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2207 ページ: 012046

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2207/1/012046

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coupling Simulation on Two-dimensional Axisymmetric Beaming Propulsion System2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2207 ページ: 012047

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2207/1/012047

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 大気吸い込み型電気推進の実現に向けた粒子加速過程の Particle-in-Cell シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤星貴, 高橋 聖幸, 大西直文
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演講演論文集

      巻: 1 ページ: JSASS-2022-H015

  • [雑誌論文] ホールスラスタにおける電子サイクロトロン不安定性による電子輸送に関する数値的研究2022

    • 著者名/発表者名
      経沢尚輝, 高橋聖幸, 大西直文
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演講演論文集

      巻: 1 ページ: JSASS-2022-H016

  • [雑誌論文] Microwave-driven in-tube accelerator における電磁波伝搬特性評価と振り子式推力測定装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      山田峻大, 高橋聖幸, 嶋村耕平, 大西直文
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演講演論文集

      巻: 1 ページ: JSASS-2022-H039

  • [雑誌論文] 複数放物面レーザー推進機のフリーフライト試験に向けた 6 自由度運動解析と実験装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      速館佑弥, 高橋聖幸, 大西直文
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演講演論文集

      巻: 1 ページ: JSASS-2022-H040

  • [雑誌論文] Kinetic Theory of Double Layers Driven by Temperature Anisotropy in a Non-homogeneous Magnetic Field2021

    • 著者名/発表者名
      Harihara Sudhan Kumar, Masayuki Takahashi, Chinami Kato, Yuya Oshio, and Naofumi Ohnishi1
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 130 ページ: 163303

    • DOI

      10.1063/5.0065665

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 振り子式力積測定装置を用いたマルチパラボナスラスターのビー ムライディング性能評価2021

    • 著者名/発表者名
      高橋聖幸, 蘆川健一郎,森浩一,加藤ちなみ,大西直文
    • 雑誌名

      第65回宇宙科学技術連合講演会講演論文集

      巻: 1 ページ: 4L09

  • [雑誌論文] ホールスラスタ内の微細乱流構造に関するプラズマ粒子シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      経沢尚輝, 高橋聖幸, 大西直文
    • 雑誌名

      第65回宇宙科学技術連合講演会講演論文集

      巻: 1 ページ: 3L07

  • [雑誌論文] 亜臨界ミリ波放電過程における輻射輸送を介した電離波面伝搬2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木颯一郎, 加藤ちなみ, 高橋聖幸, 大西直文
    • 雑誌名

      第65回宇宙科学技術連合講演会講演論文集

      巻: 1 ページ: 4L06

  • [学会発表] Study of the Micro-turbulence Plasma Structure on a Hall-effect Thruster Using 2D Kinetic Simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Tsunezawa, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 学会等名
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Millimeter-wave Discharge under Subcritical Beam Intensity2022

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Suzuki, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 学会等名
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Beam-riding Characteristic Evaluation on Multi-parabola Thruster Using Pendulum-type Measurement System2022

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Takahashi, Kenichiro Ashikawa, Koichi Mori, and Naofumi Ohnishi
    • 学会等名
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • 国際学会
  • [学会発表] 大気吸い込み型電気推進の実現に向けた粒子加速過程の Particle-in-Cell シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤星貴, 高橋 聖幸, 大西直文
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演
  • [学会発表] ホールスラスタにおける電子サイクロトロン不安定性による電子輸送に関する数値的研究2022

    • 著者名/発表者名
      経沢尚輝, 高橋聖幸, 大西直文
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演
  • [学会発表] Microwave-driven in-tube accelerator における電磁波伝搬特性評価と振り子式推力測定装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      山田峻大, 高橋聖幸, 嶋村耕平, 大西直文
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演
  • [学会発表] 複数放物面レーザー推進機のフリーフライト試験に向けた 6 自由度運動解析と実験装置の開発2022

    • 著者名/発表者名
      速館佑弥, 高橋聖幸, 大西直文
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会北部支部2022年講演
  • [学会発表] Plasma Propagation via Radiation Transfer in Millimeter-wave Discharge under Subcritical Condition2021

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Suzuki, Chinami Kato, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • 学会等名
      Conference on Computational Physics 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupling Simulation on Two-dimensional Axisymmetric Beaming Propulsion System2021

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Takahashi
    • 学会等名
      Conference on Computational Physics 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 振り子式力積測定装置を用いたマルチパラボナスラスターのビー ムライディング性能評価2021

    • 著者名/発表者名
      高橋聖幸, 蘆川健一郎,森浩一,加藤ちなみ,大西直文
    • 学会等名
      第65回宇宙科学技術連合講演会
  • [学会発表] ホールスラスタ内の微細乱流構造に関するプラズマ粒子シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      経沢尚輝, 高橋聖幸, 大西直文
    • 学会等名
      第65回宇宙科学技術連合講演会
  • [学会発表] 亜臨界ミリ波放電過程における輻射輸送を介した電離波面伝搬2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木颯一郎, 加藤ちなみ, 高橋聖幸, 大西直文
    • 学会等名
      第65回宇宙科学技術連合講演会

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公開日: 2022-12-28  

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