フィラメンテーション発光に基づく非侵襲型速度場・状態量場同時計測法の創造

初年度である2022年度は，フィラメンテーション発光（フェムト秒レーザと空気中の窒素分子による発光）から状態量を算出する方法と，フィラメンテーションの多点発光を任意に発生させる方法の2点を主な研究対象として活動を行った．状態量としては，数密度場を対象とした．空気中で発生させたフィラメンテーション発光に対して，その発光減衰の履歴を計測した．光学フィルタによる波長の選定，発光減衰曲線のフィッティング方法，特徴時定数等を調査し，数密度と特徴時定数との関係から校正曲線を得た．3条件の不足膨張噴流の数密度場計測を実施し，ピトー管計測及びピトー管計測により校正した数値流体解析結果との比較を行った．その結果，本手法が，特に低数密度場において感度特性が良く，計測精度が高いことを確認した．多点発光を任意に発生させる方法については，光学素子の選定および手配を年度前半に行った．その後，回折格子を使用する方法にて，複数点，具体的には目視確認で4点のフィラメンテーションを同時に空気中に発生させることに成功した．本結果は，同時に複数点の流速値が計測可能となることを示しており，瞬時速度場計測に向けた重要な成果である．その他，2023年度以降の実験のために，旋回噴射器の設計・製作を行った．旋回噴射器は，円筒部に接線方向に気流を導入することにより旋回を生じさせるタイプを選定した．フィラメンテーションの発生する擾乱の影響調査のために，シャドーグラフ法及びシュリーレン法による可視化手法の構築も行った．限られた条件ではあるが，擾乱場を可視化することに成功し，今後フィラメンテーションが流れ場に与える影響を調べるための基礎データを獲得できた．

初年度である2022年度は，フィラメンテーション発光（フェムト秒レーザと空気中の窒素分子による発光）から状態量を算出する方法と，フィラメンテーションの多点発光を任意に発生させる方法の2点を主な研究対象として活動を行った．状態量としては，数密度場を対象とした．空気中で発生させたフィラメンテーション発光に対して，その発光減衰の履歴を計測した．光学フィルタによる波長の選定，発光減衰曲線のフィッティング方法，特徴時定数等を調査し，数密度と特徴時定数との関係から校正曲線を得た．3条件の不足膨張噴流の数密度場計測を実施し，ピトー管計測及びピトー管計測により校正した数値流体解析結果との比較を行った．その結果，本手法が，特に低数密度場において感度特性が良く，計測精度が高いことを確認した．多点発光を任意に発生させる方法については，光学素子の選定および手配を年度前半に行った．その後，回折格子を使用する方法にて，複数点，具体的には目視確認で4点のフィラメンテーションを同時に空気中に発生させることに成功した．本結果は，同時に複数点の流速値が計測可能となることを示しており，瞬時速度場計測に向けた重要な成果である．その他，2023年度以降の実験のために，旋回噴射器の設計・製作を行った．旋回噴射器は，円筒部に接線方向に気流を導入することにより旋回を生じさせるタイプを選定した．フィラメンテーションの発生する擾乱の影響調査のために，シャドーグラフ法及びシュリーレン法による可視化手法の構築も行った．限られた条件ではあるが，擾乱場を可視化することに成功し，今後フィラメンテーションが流れ場に与える影響を調べるための基礎データを獲得できた．