光ヘテロダイン干渉法の活用による変調衝撃波の内部構造と状態量遷移過程との関係解明

近年，超音速旅客機の実現に向けた動きが国内外にて活発化する中で，衝撃波の発生に起因する空力性能の低下を改善すべく，衝撃波面の変調とそれに伴う状態量(密度・圧力・エントロピーなど)変化に関する深い理解が求められている．そこで本研究では衝撃波内部における粒子間衝突を介したエネルギー散逸課程に注目する．今年度は申請者の提案する光ヘテロダイン干渉法を応用した密度場の非定常測定手法に関して、衝撃波管内に発生する平面衝撃波背後の密度場測定に取り組み本提案原理の実証実験を展開した。衝撃波管内にファイバーレーザー光を導入し平面衝撃波がレーザー光を通過する際の屈折率変化量を光Doppler式速度計で測定する。実験に先立ちレーザービーム径の空間変化をビームプロファイラで取得した。コリメートレンズを通過したレーザービームは約600nmのビーム径(1/e2)を200mmにわたって維持していることが分かった。衝撃波管は62mmx62mmの矩形流路を有していることを考えると測定領域全体にわたって一様なビーム径が期待できる。次に、実際に平面衝撃波を発生させ衝撃波通過に伴う屈折率変化量を取得した。測定には広帯域オシロスコープを用い時間分解能0.65マイクロ秒を達成している。光Doppler式速度計による見かけの速度は最大で5.0m/sであった。見かけの速度は屈折率の時間変化率に比例しおおよそ80.6s-1に対応する。さらに、Gladstone-Daleの式に基づくと密度の時間変化率350g/cm3/sが得られる。衝撃波の伝搬速度と前述のレーザービーム径とから600nmのレーザービームを横切るのに要する時間を算出し上記密度の時間変化率を積分した結果、表撃破の通過による密度増加量は約0.17kg/m3と算出される。これは衝撃波管の関係式から見積もられる密度変化量とよく一致しており本提案手法の妥当性が示された。

近年，超音速旅客機の実現に向けた動きが国内外にて活発化する中で，衝撃波の発生に起因する空力性能の低下を改善すべく，衝撃波面の変調とそれに伴う状態量(密度・圧力・エントロピーなど)変化に関する深い理解が求められている．そこで本研究では衝撃波内部における粒子間衝突を介したエネルギー散逸課程に注目する．今年度は申請者の提案する光ヘテロダイン干渉法を応用した密度場の非定常測定手法に関して、衝撃波管内に発生する平面衝撃波背後の密度場測定に取り組み本提案原理の実証実験を展開した。衝撃波管内にファイバーレーザー光を導入し平面衝撃波がレーザー光を通過する際の屈折率変化量を光Doppler式速度計で測定する。実験に先立ちレーザービーム径の空間変化をビームプロファイラで取得した。コリメートレンズを通過したレーザービームは約600nmのビーム径(1/e2)を200mmにわたって維持していることが分かった。衝撃波管は62mmx62mmの矩形流路を有していることを考えると測定領域全体にわたって一様なビーム径が期待できる。次に、実際に平面衝撃波を発生させ衝撃波通過に伴う屈折率変化量を取得した。測定には広帯域オシロスコープを用い時間分解能0.65マイクロ秒を達成している。光Doppler式速度計による見かけの速度は最大で5.0m/sであった。見かけの速度は屈折率の時間変化率に比例しおおよそ80.6s-1に対応する。さらに、Gladstone-Daleの式に基づくと密度の時間変化率350g/cm3/sが得られる。衝撃波の伝搬速度と前述のレーザービーム径とから600nmのレーザービームを横切るのに要する時間を算出し上記密度の時間変化率を積分した結果、表撃破の通過による密度増加量は約0.17kg/m3と算出される。これは衝撃波管の関係式から見積もられる密度変化量とよく一致しており本提案手法の妥当性が示された。