弱い垂直衝撃波に一様等方性乱流が及ぼす影響の定量評価

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弱い垂直衝撃波に一様等方性乱流が及ぼす影響の評価に関して，本年度は(1)弱い垂直衝撃波の生成手法の開発，および(2)弱い垂直衝撃波面が一様等方性乱流（格子乱流）との干渉によって受ける影響の評価に取り組んだ．(1)衝撃波過剰圧力の急峻な立ち上りを残したまま一様な背後過剰圧力場のみを低減するため，金属製の多孔平板を積層させた衝撃波減衰装置を開発した．衝撃波管内にこの衝撃波減衰装置を挿入し，その減衰特性を評価したところ，垂直衝撃波の鋭い立ち上がりと一様な背後静圧という特性をそのままに，衝撃波過剰圧のみを減少させた垂直衝撃波を形成することに成功した．また，衝撃波過剰圧の減衰率は入射衝撃波マッハ数や多孔平板の空隙率および枚数に依存することが明らかになった．本手法を用いることで，従来では実現困難であった衝撃波マッハ数1.01程度の非常に弱い垂直衝撃波を衝撃波管内に生成することが可能となり，衝撃波研究における実験領域が大幅に拡張された．(2)衝撃波と乱流の条件を独立に設定可能な対向衝撃波管を用いて，垂直衝撃波-格子乱流干渉実験を，乱流に対する衝撃波の相対的な強度および干渉距離（観測時点での乱流の先頭と衝撃波面の距離）を変化させて行った．必要であれば(1)で開発した衝撃波減衰機構を用い，最小で衝撃波マッハ数1.01の垂直衝撃波を実験に利用した．乱流に対して相対的に弱い垂直衝撃波が格子乱流と干渉した場合には，シャドウグラフ可視化画像上での衝撃波面の実効厚みが干渉距離とともに増大した．これは，乱流中の局所的な速度変動が変垂直衝撃波面に凹凸を生じためであると考えられる．一方で，衝撃波が相対的に強い場合には，衝撃波面の変調は軽微であり，乱流が衝撃波に与える影響は衝撃波の相対的な強さに依存することも明らかとなった．