二重露光ホログラフィーによる矢の流れ解析

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矢の周りの流れを定量的に可視化計測することを課題とした。矢の先端を液体窒素に浸して矢の表面を冷却したとき、飛行する矢の周りの低温と静止空気の温度差は、温度境界層間で変化する。境界層を横切って圧力は一定なので、温度境界層は同時に密度境界層を表すゆえ、矢の周りの温度勾配を指標として、光学的に可視化計測することができる。本研究は二重露光ホログラフィー干渉計の有限縞干渉写真をフーリエ縞解析し、矢の周りにできた温度境界層を定量的に計測した。さらに、プラントル数1を仮定し温度境界層から速度境界層を算出した。静止空気を仮定すれば矢の先端から層流境界層が発達し128mm付近で乱流に遷移すると予想されたが、鏃部分ですでに境界層を乱しており、矢の周りの流れは全域乱流境界層ではないかと推定された。このことから、矢の飛行は長軸の振動による蛇行および長軸周りの回転運動が発生していると考えられた。本年度は直径100cmのシュリーレン鏡を用い、液体窒素で冷却した90cmの矢全長をホログラム撮影することができた。使用した矢は竹製で表面を磨いた一文字矢、砂で表面を粗面にした砂目、断面を8角形に整形した八角である。ホログラム解析の結果、鏡面間の大気の対流と考えられるランダムノイズが認められた。ルビーレザー光による2回の露光間に大気の状態が変動すれば鏡面間で積分され矢の撮像と共にホロフィルム上に記録されると考えられる。S/N比向上の対策および新たな解析手法の開発を予定している。