Mizukaki Lab., Dept. of Aeronautics and Astronautics, School of Engineering

水書研究室紹介

指導教員・教授 水書 稔治

航空宇宙学専攻

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高エンタルピ流体力学 → 超音速機から惑星探査機「超高速」，「超高温」，「非線形」現象の流体力学

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取り組んでいる研究課題

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気流発生装置• 衝撃波管• 衝撃波風洞• 小型ガス銃

衝撃波の制御• 惑星探査機用空力減速装置• 超音速機の空気取り入れ口

爆発による衝撃波とその影響• 爆風模擬実験装置• 爆発事故時の影響低減• 衝撃波の作用

計測法• Background-Oriented Schlieren

• 高速応答型感圧塗料（PSP）• Adaptive Optics

• Laser-Induced Thermal Acoustic

推進機利用• Pulse Jet Engine

• Pulse Detonation Engine

• PJE for Martian Atmosphere

• UAV

流体数値解析（CFD）• 実験検証• 流体・構造連成問題

高エンタルピ流れ（衝撃波）に関する実験/数値流体力学

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取り組んでいる研究課題

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気流発生装置• 衝撃波管• 衝撃波風洞• 小型ガス銃

衝撃波の制御• 惑星探査機用空力減速装置• 超音速機の空気取り入れ口

爆発による衝撃波とその影響• 爆風模擬実験装置• 爆発事故時の影響低減• 衝撃波の作用

計測法• Background-Oriented Schlieren

• 高速応答型感圧塗料（PSP）• Adaptive Optics

• Laser-Induced Thermal Acoustic

推進機利用• Pulse Jet Engine

• Pulse Detonation Engine

• PJE for Martian Atmosphere

• UAV

流体数値解析（CFD）• 実験検証• 流体・構造連成問題

高エンタルピ流れ（衝撃波）に関する実験/数値流体力学

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実験室（高速空力室，6棟1階の一番奥）

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反射型衝撃波風洞 3x4RST二重隔膜型衝撃波管 5x5DDST

無隔膜衝撃波管 D5DLST

可視化計測光学系

高速応答型感圧塗料調整

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反射型衝撃波風洞3x4RST－火星大気中での衝撃波研究用として設計・製作

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計測部断面： 3 cm x 4cm

気流Mach数： 3.0

ノズル： 特性曲線ノズル

気流持続時間：約2.2 ms

駆動気体/試験気体：He/Air

初期衝撃波M数：Ms 3.4 （テイラリング）

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取り組んでいる研究課題

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気流発生装置• 衝撃波管• 衝撃波風洞• 小型ガス銃

衝撃波の制御• 惑星探査機用空力減速装置• 超音速機の空気取り入れ口

爆発による衝撃波とその影響• 爆風模擬実験装置• 爆発事故時の影響低減• 衝撃波の作用

計測法• Background-Oriented Schlieren

• 高速応答型感圧塗料（PSP）• Adaptive Optics

• Laser-Induced Thermal Acoustic

推進機利用• Pulse Jet Engine

• Pulse Detonation Engine

• PJE for Martian Atmosphere

• UAV

流体数値解析（CFD）• 実験検証• 流体・構造連成問題

高エンタルピ流れ（衝撃波）に関する実験/数値流体力学

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パルス・ジェット・エンジン： 火星航空機用エンジンへの利用可能性

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・単純構造（軽量，駆動機構が無い）・自己着火性（補機が不要）・多様な燃料と燃焼方式の可能性（酸素を酸化剤としない燃焼方式の可能性）

1944年 German Fi-103 (V-1 Flying bomb)

more than 24,000 launches

Argus AS014 (thrust 300 kgf)

1945年 German Luftwaffe Me-328 (jet fighter)

USAF JB-2; Ford PJ31F1

NACA-MR-E5J02 (1945)

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衝撃波の推進機利用： PJE燃焼に関する基礎研究

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Operation freq.:180 Hz

Thrust: 3.2 kgf

Fuel consumption:

100 – 120 ml / min.

Fuel: gasoline

Injection type: Venturi tube

Ignition: Spark plug

Dry mass: 0.6 kg

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取り組んでいる研究課題

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気流発生装置• 衝撃波管• 衝撃波風洞• 小型ガス銃

衝撃波の制御• 惑星探査機用空力減速装置• 超音速機の空気取り入れ口

爆発による衝撃波とその影響• 爆風模擬実験装置• 爆発事故時の影響低減• 衝撃波の作用

計測法• Background-Oriented Schlieren

• 高速応答型感圧塗料（PSP）• Adaptive Optics

• Laser-Induced Thermal Acoustic

推進機利用• Pulse Jet Engine

• Pulse Detonation Engine

• PJE for Martian Atmosphere

• UAV

流体数値解析（CFD）• 実験検証• 流体・構造連成問題

高エンタルピ流れ（衝撃波）に関する実験/数値流体力学

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低大気密度，ペイロードの大型化，有限な収納

離脱衝撃波を不安定化させない工夫

衝撃波の制御： 惑星探査機用減速装置（超音速パラシュート）

開傘直径の大型化・高速化 ⇔ 安定性

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大型設備を利用した実験が年中行事

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衝撃波の制御：惑星探査機用空力減速装置

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音響擾乱による衝撃波振動の解明

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衝撃波の制御：惑星探査機用空力減速装置

Result of flexible simulation.

• キャノピ内部圧力が高くなり，それに伴ってDisk部が膨張している．

• キャノピ前方には，弓形衝撃波が誘起されている．

材料物性などの修正を施し，パラシュート運動に合わせた流体構造連成．

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研究ゼミナール1/2の内容

圧縮性流体力学の基礎 → 座学

数値流体力学の基礎 → プログラミングによる修得

実験手法の習得 → 衝撃波管実験

発表技法の修得 → 課題発表

外部研究機関訪問（建学祭期間中）

日本飛行機（2015），航空装備研究所（2014），陸上装備研究所（2012），JAXA調布（2011）

教科書：

Anderson: Compressible Flow with Historical Perspective, McGraw Hill (1990)

航空宇宙学会編： 圧縮性流体力学，丸善（2015）

松尾一泰： 衝撃波の力学，理工学社（1983）

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