超音速流れを利用した高効率ヨウ素レーザーの研究

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超音速流ヨウ素レーザー実験装置を製作し、低レイノルズ数における超音速流れの始動特性を明らかにするとともに、数値シミュレーションによりレーザー特性を検討した。本年の研究成果は以下のようにまとめられる。1.空気とアルゴンを用いて、低レイノルズ数における超音速流れの始動特性の実験を行い、非常に低いレイノルズ数では超音速流れを始動させられないことを明らかにした。超音速流れを始動させるためには、ある臨界レイノルズ数より大きいことが必要である。超音速流ヨウ素レーザーに興味あるレイノルズ数の範囲でのこの発見は、今後の研究開発上極めて重要である。2.超音速流れが可能なレイノルズ数の範囲でも、粘性効果が大きいため、マッハ数はノズル出口下流から急速に低下する。したがって、レーザーキャビティー内のマッハ数を大きく、低温度を保つためには、レーザーキャビティーを下流方向に適切な角度で広げる必要がある。3.上記の実験を数値シミュレーションし、圧力分布の計算地が実験結果と良く一致することが示された。超音速流ヨウ素レーザーは低いレイノルズ数の流れを利用するため、境界層の効果が非常に大きく流れは本質的に3次元的であることも明らかとなった。4.1次元流れ、2次元流れを仮定して、超音速流ヨウ素レーザーの特性をシミュレートし、超音速膨張による性能の向上が非常に大きいことを明らかにした。今後は3次元で正確な計算を行う。