革新的ソニックブーム低減技術の地上実証研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23246144
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80183028)
• 研究分担者: 斎藤 務 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00302224) ; 沼田 大樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20551534) ; 小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30170343) ; 小川 俊広 東北大学, 流体科学研究所, 技術専門員 (30375133) ; 川添 博光 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40260591) ; 浅井 圭介 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40358669) ; 千葉 一永 北海道科学大学, 工学部, 准教授 (50450705) ; 永井 大樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70360724)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ソニックブーム / 超音速流れ / 地上実験 / 光学計測 / 最適化

研究実績の概要

本研究では，ソニックブームを含めた地上における超音速実験機の設計・評価システムを構築し，超音速複葉翼理論に基づく低ブーム超音速機形状の実用性を実証する．特に低ブーム性を地上実験により実証するため，流体科学研究所の共用設備である2段軽ガス銃実験設備を利用して，圧力計測システムの高精度化およびブームカーペットの評価が可能である圧力の時空間分布計測システムを構築し，3次元複雑形状の圧力計測実験を可能にするソニックブーム地上実験装置を開発する．この目標に向けて，以下の研究実績を上げることができた．
・非定常最適設計探査：非定常現象を伴う設計問題に効率的に対処すべく，新たなデータマイニング手法として階層型相関分析を提案し，工学問題に応用することで優位性を示した．
・ソニックブーム地上実験装置設計：流体科学研究所の弾道飛行装置を利用して，昨年度構築した多重極解析手法による自由飛行する複雑形状物体の近傍場圧力計測システムを用いて複葉翼形状の物体の近傍場圧力を計測するため，数値解析を用いて実験条件の最適化を行い，計測精度の高精度化を果たした．
・圧力波計測：弾道飛行装置を利用した近傍場圧力計測実験において，時間応答性を大幅に改善した超高速応答型感圧塗料の有用性の実証試験を行い，観測面上を超音速で伝播する非定常圧力波を面的および時系列的に捉えることに成功した．
・風洞実験：揚力や抗力等の計測感度を調整して設計できる超音速風洞試験用の新たな力天秤の開発を行い，超音速気流中のくさび模型の空気力測定に適用し，超音速風洞試験用６角天秤の有用性を確認した．

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Validation of Measurement Accuracy for Near-Field Pressure around Supersonic Projectiles in a Ballistic Range (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ukai, K. Ohtani, S. Obayashi
  • 雑誌名: Measurement 巻: 67 ページ: 24-33
• [雑誌論文] Effects of dual jets distance on mixing characteristics and flow path within a cavity in supersonic crossflow (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ukai, Hossein Zare-Behtash, Kin Hing Lo, Konstantinos Kontis, Shigeru Obayashi
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow 巻: 50 ページ: 254-262
• [雑誌論文] Experimental Investigation of Impinging Shock - Cavity Interactions with Upstream Transverse Jet Injection (2014)
  • 著者名/発表者名: Hossein Zare-Behtash, Kin Hing Lo, Takahiro Ukai, Konstantinos Kontis, Shigeru Obayashi
  • 雑誌名: Transaction of the Japan society for aeronautical and space sciences, Aerospace technology Japan 巻: 12 ページ: 57-62
• [雑誌論文] 爆発事故定量評価のためのBursting Sphereの数値解析とスケール則 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大塚輝人、齋藤務、吉川典彦
  • 雑誌名: 安全工学 巻: 53 ページ: 310-316
  • 査読あり
• [雑誌論文] 設計情報学を用いたハイブリッドロケットエンジン搭載単段式宇宙輸送機の体年設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉 一永, 渡邉 真也, 金崎 雅博, 北川 幸樹, 嶋田 徹
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 80 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1299/transjsme.2014trans0287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of a Sensitivity-Adjustable Three Component Force Balance and Its Application to Supersonic Wind Tunnel Testing (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Yamada, S. Imagawa, K. Inoue, H. Kawazoe, and S. Obayashi
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 9 ページ: 1-11
  • DOI: DOI: 10.1299/jfst.2014jfst0068
  • 査読あり
• [学会発表] Shock wave studies and CFD (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Saito
  • 学会等名: The 16th National Symposium on Shock Wave
  • 発表場所: 洛陽，中国
  • 年月日: 2015-07-16
• [学会発表] 立ち上り時間の長い圧力波形に及ぼすジェット乱流の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鵜飼孝博，竹野純平，小川俊広，大谷清伸，大林茂
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] 水波のマッハ反射現象に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大谷清伸，Srisha Rao，齋藤務
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] 超音速翼胴模型の空力計測に向けた力計測技術 に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今川真吾，大谷清伸，大林茂
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-10
• [学会発表] 無隔膜衝撃波管を利用した衝撃風洞の性能評価と超音速流れ場の研究への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平間良輝，矢野稔顕，加我健太郎，齋藤務，廣田光智
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-10
• [学会発表] 複雑形状ノズルによる超音速自由噴流の実験及び数値解析的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野信吾，Srisha Rao, 齋藤務、廣田光智
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-09
• [学会発表] ダクト内圧縮性混合層の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: Srisha Rao, 齋藤務、廣田光智、浅野信吾
  • 学会等名: 平成26年度衝撃波シンポジウム
  • 発表場所: 群馬県伊香保
  • 年月日: 2015-03-09
• [学会発表] Aerodynamic Evaluation of a Capsule Shaped Projectile during Free Flight Testing with Ballistic Range (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ishida, H. Nagai, H. Tanno and T. Komoro
  • 学会等名: 53th AIAA Science and Technology Forum and Exposition
  • 発表場所: Kissimmee, Florida, U.S.
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-08
• [学会発表] Application of PSP Technique to Near-Field Sonic Boom Measurements in a Ballistic Range (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Numata, K. Asai and K. Ohtani
  • 学会等名: 53th AIAA Science and Technology Forum and Exposition
  • 発表場所: Kissimmee, Florida, U.S.
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-08
• [学会発表] 設計情報学を基にした航空宇宙システムの設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉一永
  • 学会等名: 日本機械学会北海道支部流体工学懇話会2014年度第2回流体工学懇話会研究会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] 燃料種を考慮したハイブリッドロケット概念設計における階層型相関分析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉 一永, 渡邉 真也, 金崎 雅博, 北川 幸樹, 嶋田 徹
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] Structurization of Design Space for Launch Vehicle with Hybrid Rocket Engine Using Stratum-Type Association Analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Chiba, K., Kanazaki, M., Watanabe, S., Kitagawa, K., and Shimada, T.
  • 学会等名: The 18th Asia-Pacific Symposium on Intelligent and Evolutionary Systems, IES2014
  • 発表場所: The Nanyang Executive Centre, Singapore
  • 年月日: 2014-11-12
• [学会発表] Analysis of High-Speed Projectile Dispersion Using a Ballistic Range (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyakoshi, T. Ukai, T. Ogawa, K. Ohtani, S. Obayashi, C. Park
  • 学会等名: Eleventh International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai International Center
  • 年月日: 2014-10-10
• [学会発表] 自由飛行試験における多重極解析精度向上に向けた研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口貴嘉，齋藤雄太，大谷清伸，大林茂
  • 学会等名: 第52回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 長崎ブリックホール
  • 年月日: 2014-10-10
• [学会発表] Stratum-Type Association Analysis for Conceptual Design of Hybrid Rocket in View of Fuels (2014)
  • 著者名/発表者名: Chiba, K., Watanabe, S., Kanazaki, M., and Obayashi, S.
  • 学会等名: International Conference on Flow Dynamics, ICFD2014
  • 発表場所: Sendai International Center
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] Long Rise-Time Pressure Signature through Jet Turbulence in a Laboratory-Scale Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ukai, Y. Saito, K. Miyakoshi, T. Yamaguchi, K. Ohtani, S. Obayashi
  • 学会等名: 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Science
  • 発表場所: Hotel Park Inn by Radisson Pribaltiyskaya, Russia
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] カプセル形状模型の自由飛行計測における空力特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石田照歩，永井大樹，丹野英幸，小室智幸
  • 学会等名: 日本機会学会2014年度年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Experimental investigation of weak shock wave propagating through turbulent medium in controlled humidity field (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ukai, K. Ohtani, S. Obayashi
  • 学会等名: 21th international shock interaction symposium
  • 発表場所: University’s of Latvia, Latvia
  • 年月日: 2014-08-05
• [学会発表] Experimental investigation of flow characteristics in an open cavity with upstream injectors (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ukai，H. Zare-Behash, K. H. Lo, K. Kontis, S. Obayashi
  • 学会等名: Energy Challenges and Mechanics
  • 発表場所: Hilton Aberdeen Treetops, UK
  • 年月日: 2014-07-09
• [学会発表] 超音速飛翔体分散挙動に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大谷清伸, 宮腰康, 鵜飼孝博, 小川俊広, 大林茂
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会/第32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: 弘前文化センター
  • 年月日: 2014-07-03
• [学会発表] Visualization of a Re-entry Vehicle in Hypersonic Flow using Temperature-Sensitive Paint (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nagai, T. Horagiri, H. Tanno and T. Komoro
  • 学会等名: The 16th International Symposium on Flow Visualization
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] 高低湿度場での衝撃波と乱流干渉 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鵜飼孝博，大谷清伸，大林茂
  • 学会等名: 社団法人日本航空宇宙学会第45期年会講演会
  • 発表場所: 東京大学山上会館
  • 年月日: 2014-04-10