レーザー駆動管内加速装置:基礎物理の解明と実用展開

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13852014
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤田 恵助 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80226068) ; 小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30170343) ; 谷内 哲夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (80260446) ; 堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 助教授 (30256169) ; 山口 滋 東海大学, 理学部, 助教授 (40297205) ; 斎藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224)
• Keywords: レーザー推進 / プラズマ / バリスティックレンジ

Research Abstract

初年度である平成14年度は、基礎物理の解明に関して、(1)レーザー駆動衝撃波の挙動とそれに伴う流体力学を明らかにすること、(2)レーザー光出力特性の推進性能への影響を調べること、また要素開発として、(3)レンズを使わないビームレデューサーの開発、(4)プロジェクタイル形状の最適化に関する研究の4項目を研究課題に掲げた。
(1)については、軸対称流れ場を歪みなく可視化する非球面レンズを製作し、高速度フレーミングカメラによりシャドウグラフ可視化計測を行い、さらに数値シミュレーションの結果と比較しつつ、インパルス発生機構を詳しく調べた。これにより、管内で加速することによって管壁からの反射衝撃波の作用でインパルスが増加することを確認し、また衝撃波がプロジェクタイル全面を伝播する際一時的に推力が負になることも明らかになった。またストリーク分光計測を行い、絶縁破壊とその後のブラスト波伝播過程における発光スペクトルデータを取得した。
(2)については、今年度新たに10J/50Hzのレーザーを購入し、単発当りのビームエネルギーを大きくすることによって推進性能がどのように影響を受けるかを調べる環境が整備された。ただ、装置の納入が2月となり、現時点で実験データの取得の準備をしている段階である。
(3)については、2つの円錐状アルミ反射体を用いたビームレデューサーを開発した。
(4)についてはレーザー駆動衝撃波を効果的に作用させ高い運動量結合係数を得るため、センターボディー形状を変えて系統的に推進性能を測定/数値シミュレーションし、最適な形状を決定した。さらに、後方照射する方式のプロジェクタイルを設計し、現在推進性能測定実験の準備をしている。

Research Products

• [Publications] Sasoh, A.: "Laser-driven in-tube accelerator"Review of scientific instruments. 72・3. 1893-1898 (2001)
• [Publications] Sasoh, A., Hamate, Y., Takayama, K.: "Small-Bore Ram Accelerator Operation"Journal of Propulsion and Power. 17・3. 622-628 (2001)
• [Publications] Sasoh, A., Ogwa, T., Takayama, K., Ohtsubo, S., Nagayasu, N., Ikuta, K.: "Gun Interior Ballistic Performance with Ammonium Nitrate-Alcohol Propellants"J Propulsion & Power. 17・1. 120-124 (2001)
• [Publications] Sasoh, A.: "Plural voltage minima in arc-heated channel flow"Phys of Plasmas. 8・4. 1376-1383 (2001)
• [Publications] Sasoh, A., Ohnishi, Y., Ramjaun, D., Takayama, K., Otsu, H., Abe, T.: "Effective Test Time Evaluation in High Enthalpy Expansion Tube"AIAA J. 39・11. 1376-1383 (2001)
• [Publications] Tamura, Shin, Horisawa, Hideyuki, Yamaguchi, Shigeru, Yasunaga, Nobuo: "Laser Ablation of Sapphire with a Pulsed Ultra-Violet Laser Beam, Kluwer Academic Publishers"Initiatives of Precision Engineering at the Beginning of a Millenium. 224-228 (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki: "Gas Flow Characteristics in a Laser Cut Kerf, Kluwer Academic Publishers"Initiatives of Precision Engineering at the Beginning of a Millenium. 334-339 (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki, Kimura, Itsuro: "Fundamental Study on Laser Plasma Accelerator for Space Propulsion"Advances in Applied Plasma Science. 3. 107-112 (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki, Kimura, Itsuro: "Laser Plasma Accelerator for Space Propulsion"AIAA Paper 2001. 3662. (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki, Kimura, Itsuro: "Very Low-Power DC Plasma Jet Microthrusters"AIAA Paper 2001. 3791. (2001)
• [Publications] 堀澤秀之, 芦澤弘明, 安永暢男: "アルミナ基板のレーザ援用ケミカルエッチング"レーザー協会誌. 26. 15-20 (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki, Kimura, Itsuro: "Relativistic Plasma Acceleration by Intense Laser Pulses for Space Propulsion"IEPC 01-206. (2001)
• [Publications] Horisawa, Hideyuki, Kimura, Itsuro: "Study of Very Low-Power DC Plasma-Jet Microthrusters"IEPC 01-231. (2001)
• [Publications] Hiroyasu Mizno, Keisuke Sawada, Akihiro Sasoh: "Numerical Study of Non-ldeal Diaphragm Rupture in Expansion"TubeAIAA Paper 2002-0650, 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, Reno, January 2002. (2002)
• [Publications] Toshiyuki Suzuki, Michiko Furudate, Keisuke Sawada: "Unified Calculation of Hypersonic Flowfield for a Reentry Vehicle"Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 16・1. 94-100 (2002)
• [Publications] Hiroyasu Mizuno, Keisuke Sawada, Akihiro Sasoh: "Numerical Simulation of Transient Flowfield in Expansion-Tube"AIAA Paper 2001-2904, 35th Thermophyscis Conference, Anaheim, June 2001.. (2001)
• [Publications] H.Ito, T.Hatanaka, S.Haidar, K.Nakamura, K.Kawase, T.Taniuchi: "Periodically poled LiNb03 OPO for generating mid-IR to terahertz waves"Ferroelectrics. 253. 95-104 (2001)
• [Publications] J.Shikata, K.Kawase, T.Taniuchi, H.Ito: "Fourier-transform spectrometer with a terahertz-wave parametric generation"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・1. 134-138 (2002)
• [Publications] H.Ito, T.Taniuchi, K.Kawase: "Tunable Tera-Hertz Wave Generation and its Applications(invited)"The Fifth International Symposium on Contemporary Photonics Technology(CPT2002), Tokyo, Japan. 163-166 (2002)
• [Publications] T.Saito, T.Eguchi, K. Takayama, H.Taniguchi: "Hazard predictions for volcanic explosions"Journal of Volcanology and Geothermal Research. 106. 39-51 (2001)
• [Publications] T.Saito: "Numerical analysis of dusty-gas flows"Journal of Computational Physics. 176. 129-144 (2002)