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2013 年度 実績報告書

地球超低軌道環境模擬のための高速原子状酸素風洞の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25289302
研究種目

基盤研究(B)

研究機関東京大学

研究代表者

荒川 義博  東京大学, 新領域創成科学研究科, 客員共同研究員 (50134490)

研究分担者 小紫 公也  東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90242825)
松井 信  静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90547100)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード原子状酸素 / 地球低軌道 / レーザー維持プラズマ / プラズマ診断
研究概要

1.研究実績の概要
本年度はまずレーザー発振機本体の経年劣化に伴うビームプロファイル形状の歪みを安定化させるために共振ミラーの交換を含む装置全体のオーバーホールを行った.その結果,局所的な強度ピークが抑制され,レンズ,窓の破損確率を大きく減少させることができた.一方で,オーバーホール費用を賄うため,当初予定していた高排気量油拡散真空ポンプの購入を次年度に繰越,今年度は高真空化による気流拡大ではなくレーザー維持プラズマ(LSP)の振動が気流特性へ及ぼす影響について検証した.
気流特性は電流変調型レーザー吸収分光法を用いた.LSP振動数は過去の研究から50 Hzとその倍波であることがわかっているため,それより一桁以上大きい3 kHzの掃引周波数で測定を行い,気流の流速,並進温度の時間履歴を測定した.その結果,気流からの発光強度は47 %変動しているにも関わらず,流速,並進温度は数%から10 %程度しか変動していないことがわかった.これはレーザー吸収分光法が気流中心での値であるのに対し,発光強度は気流全体からの空間積分した値であるためだと考えられる.つまり,LSP振動により気流中心の気流特性はほとんど変動しないが,気流全体の平均値,特に半径方向外側の気流特性がLSP振動により大きく変動していることを示唆する.従って,今後はLSP振動の抑制による気流特性の時間変動の一様化及び気流拡大による空間分布の一様化が課題となる.
以上の結果はAIAA Journalへ投稿し受理された(2014年4月現在).

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

LSP振動の気流特性への影響を検証することで,気流特性の一様化には空間だけではなく時間変動を抑制することが必要であるとの課題が得られた.

今後の研究の推進方策

次年度は高排気量油拡散ポンプを購入し,背圧を下げることで気流を拡大し,空間分布を測定する.またLSP振動が気流特性の空間分布へ及ぼす影響を定量的に評価し,作動ガスに擾乱を与える等の方法により振動の抑制を試みる.

次年度の研究費の使用計画

レーザー発振機本体の経年劣化に伴うビームプロファイル形状の歪みを安定化させるため共振ミラーの交換を含む装置全体のオーバーホールを行った。これにかなりの時間と費用を費やしたことにより、当初購入予定していた高排気量油拡散真空ポンプの導入による排気環境の改善による実験は次年度に繰り越すこととなった。
当初予定していた高排気量油拡散真空ポンプの購入を次年度に繰越、今年度は高真空化による気流拡大ではなくレーザー維持プラズマ(LSP)の振動が気流特性へ及ぼす影響について検証した。次年度では高真空化による気流を拡大し、気流特性の空間分布測定の精度を向上させる。これに加えて高い時間分解能を持ったレーザー吸収分光法により、振動と気流特性の関係を明らかにする。また、定常LSPに関する数値計算コードの構築を行い、実験結果と比較し、計算コードの妥当性を検証する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Atomic-oxygen-flow Generation by Laser-driven Plasma Wind Tunnel as Low-earth-orbit Environment Simulator2014

    • 著者名/発表者名
      Matsui, M., Yoneda, S., Komurasaki, K., Yamagiwa, Y., and Arakawa, Y.
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: なし

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Plasma Fluctuation and Size on Reduction Efficiency of Alumina2013

    • 著者名/発表者名
      2. Fukuji, N., Matsui, M., Nakano, M., Komurasaki, K., Arakawa, Y., Goto, T., and Shirakata, H.
    • 雑誌名

      Frontier of Applied Plasma Technology

      巻: 6

    • 査読あり
  • [学会発表] Influence of Plasma Position on Reduction Efficiency of Alumina2014

    • 著者名/発表者名
      1. Fukuji, N., Matsui, M., Nakano, M., Yamagiwa, Y., Komurasaki, K., Arakawa, Y., Goto, T., and Shirakata
    • 学会等名
      7th International Workshop on Hybrid Functionally Materials
    • 発表場所
      Hong Kong
    • 年月日
      20140307-20140310
  • [学会発表] レーザープラズマによるアルミナ還元法における二焦点レンズを用いたプラズマ領域拡大による還元効率向上の検討2013

    • 著者名/発表者名
      3. 福路直大, 松井信, 中野正勝, 山極芳樹, 小紫公也, 荒川義博, 白形弘文, 後藤徹也
    • 学会等名
      応用物理学会SC東海地区学術講演会2013
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20131116-20131116
  • [学会発表] レーザープラズマを用いたアルミナ還元におけるプラズマ振動及びF値の影響2013

    • 著者名/発表者名
      4. 福路直大, 松井信, 中野正勝, 山極芳樹, 小紫公也, 荒川義博, 白形弘文, 後藤徹也
    • 学会等名
      第57回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      20131009-20131011
  • [学会発表] Influence of laser sustained plasma oscillation on reduction efficiency of alumina2013

    • 著者名/発表者名
      2. Fukuji, N., Matsui, M., Nakano, M., Yamagiwa, Y., Komurasaki, K., Arakawa, Y., Goto, T., and Shirakata, H.
    • 学会等名
      9th International Symposium on Applied Plasma Science
    • 発表場所
      Istanbul
    • 年月日
      20130922-20130926
  • [学会発表] プラズマ風洞を用いた還元法の酸化物供給法による還元効率への影響2013

    • 著者名/発表者名
      5. 福路直大,松井信, 中野正勝, 山極芳樹, 小紫公也, 荒川義博, 後藤哲也, 白形弘文
    • 学会等名
      第45回流体力学講演会
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      20130704-20130705

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公開日: 2015-05-28  

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