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

采用可调谐二极管激光吸收的高焓激波隧道中的自由流校准

基本信息

批准号：
19F19717
负责人：
丹野英幸
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-11-08 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

A semiconductor absorption spectrometer measures the absorption line of water molecules and determines the temperature of the gas. The concentration of water molecules measured by the thermometer decreases due to high flow conditions (high temperature and low temperature conditions), the absorption intensity decreases, a small amount of water molecules remain in the measurement light path, the absorption signal decreases, and the signal/noise ratio decreases. The influence of residual water molecules is eliminated, and the absorption of residual water molecules is strongly controlled by the vacuum test section (outside the wind tunnel measurement chamber), which is newly opened and the vacuum test section is 10Pa. The new high temperature shock wind tunnel HIEST is used to measure the temperature of hypersonic flow. The measurement of gas flow temperature (static temperature) under the condition of high temperature and maximum speed of 5km/s(12MJ/kg) was successful. The limit of gas velocity measured in semiconductor is 4 km/s and 5km/s. The results of gas temperature measurement are reported in the world. For example, the gas velocity of high temperature hypersonic wind tunnel test is determined. The numerical value is compared with that of high temperature hypersonic wind tunnel. The characteristics of the sub-lighting device are as follows: 50μ s per high-speed switching, temperature variation and time variation. The time of quasi-steady flow temperature is the most important factor for quantitative evaluation of short-term shock wind tunnel. The research results are scheduled to be published in 2021.