Free-stream calibration in high-enthalpy shock tunnel with tunable diode laser absorption

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開発した半導体レーザー吸収分光装置は水分子の吸収線を計測することで、気流温度を同定する。温度計測のための水分子濃度は高速気流条件（高よどみ点温度条件）で減少するため、吸収強度も低下し、計測光路に残存する微少の水分子による吸収が計測信号にオーバーラップすることで、信号／雑音比が低下する。残存する微少水分子の影響を除くために、気密観測部（風洞計測室外部プラットフォーム）を新たに開発し、計測部を10Pa程度の真空雰囲気とすることで残存水分子の吸収を極力押さえ込んだ。新たな気密観測部を用いて高温衝撃風洞HIESTによる極超音速気流の温度計測試験を実施した。高温実在気体効果が顕著となる最高秒速5km/s(よどみ点エンタルピ12MJ/kg)の条件での気流温度(静温)の計測に成功した。これまで半導体レーザーで観測できた気流速度の限界は4km/sであり、5km/sの高速条件での気流温度の実測結果の報告は世界的にも例は無く、高温極超音速風洞試験の気流同定、および数値シミュレーションの比較検証用データとして極めて貴重な結果である。また本分光装置の特色である50μ秒毎の高速サンプリングによって、気流温度の時間履歴が得られた。気流温度が準定常となる時間を定量的に判断できることから、試験時間が短い衝撃風洞の気流評価において最も重要となる試験時間（準定常時間）の定量化も可能となった。研究成果は2021年度の学会で発表予定であったが、口頭発表セッションが間近にキャンセルされたため、発表ができなかった。