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第 4 章
航空宇宙分野に役立つ
衝撃波を伴う定常流・非定常流の
不足膨張超音速噴流の解明 および 擬似衝撃波構造の解明
超音速流中の翼まわりの流れの解明
ジェット推進 ロケット推進 姿勢制御の技術開発
ジェットエンジン排気ノズル 推進ノズルの研究開発
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高揚力フラップまわりの流れ
CFD 非定常解析 フラップ角度の変化による翼まわりの流れ。等速度線図
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CFD 非定常解析 フラップ角度の変化による翼まわりの流れ。等密度線図
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CFD解析、曲壁面に沿う超音速噴流のコアンダ現象の解明。CFDによるシャドウグラフ法の可視化。非定常流れ
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CFD 非定常解析 曲壁面に沿う超音速噴流のコアンダ現象の解明。オフセット比 小
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CFD 非定常解析 曲壁面に沿う超音速噴流のコアンダ現象の解明。オフセット比 大
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CFD 非定常解析 曲壁面に沿う超音速噴流のコアンダ現象の解明。オフセット比 小
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CFD 非定常解析 曲壁面に沿う超音速噴流のコアンダ現象の解明。オフセット比 大
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CFD 非定常解析 コアンダ現象 衝撃波を伴った超音速流れの非定常特性
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ジェット戦闘機からの排気ガス(FANTASY OF FLOW, The World of Fluid Flow Captured in Photographs ジェット戦闘機 徳永克彦 撮影)と
不足膨張超音速噴流の定常・非定常流れ（シュリーレン写真 児島忠倫 撮影）
The Visualization Society of Japan の雑誌に、戦闘機と超音速噴流を対比して紹介、掲載された写真を含む。
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ジェット機の推進に必要なエンジン噴射、着陸時の減速時に必要なエンジンの逆噴射には、高速の排気ガス噴射が不可欠である。
また、ロケット等の推進、ロケットの姿勢制御、さらに衛星や惑星探査機の軌道修正、姿勢制御用のエンジン噴射、あるいは月面着陸などのように惑星への接近、離陸などに欠かせないエンジン噴射などにおいては、エンジン排気ノズル（ラバルノズル）から噴射される超音速噴流が用いられる。
超音速噴流には、ノズル出口部の圧力と背圧の違いにより、過膨張超音速噴流、適正膨張超音速噴流、および不足膨張超音速噴流がある。
なお、先細ノズル、広がりノズル、ラバルノズルなどのノズル形状によっても噴流形態は異なってくる。特に、噴流形態は、ノズルの出口形状の影響を強く受ける。
この中で不足膨張超音速噴流が、もっとも下流域まで衝撃波を伴いながら超音速流を持続していることが、著者の研究で明らかにされている。
上図左側の写真において、ジェット戦闘機の後方からエンジン噴射による排気ガス中に、複数の衝撃波を伴う擬似衝撃波が撮影されている。
また、右側の写真は、マッハ数2、およびマッハ数1.3で静止大気中に噴出される不足膨張超音速噴流である。多数の衝撃波を伴う擬似衝撃波が生じており、かなり下流域まで超音速流が持続している。
非定常流のシュリーレン写真は、１マイクロ秒のスパーク光源を使用して撮影したものである。
超音速噴流中の圧力変動を、Site1に示した圧力センサー内蔵の超小型の全圧プローブ（著者独自の手作りプローブ）を用いて測定している。
全圧変動の計測、周波数分析は、直径（外径）1.1mmの全圧プローブに、直径0.7mmのコンデンサー圧力センサーを埋め込み、解析を行っている。
その結果、超音速噴流は、ある一定距離の下流域で、数百キロHzの圧力変動で激しく振動しており、自励振動する流れが生じていることが判明した。
定常流のカラーシュリーレン写真は、５色の手作りフィルターを用いて撮影したものである。かなり下流域までほぼ軸対称の多数のダイヤモンドセルが形成されているようすが見られる。
同じ条件で噴出されている超音速噴流であるが、撮影方法によって流れのようすが大きく異なっている。
したがって、流れの現象を論じる場合には、多方面からの考察が必要、かつ重要であることが分かる。
上述のシュリーレン写真や参考文献、および Site2 of Schlieren Photography, CFD and Measurement Data を参照されたい。
高揚力フラップまわりの流れ、衝撃波を伴った非定常超音速流れのコアンダ現象の解明については、参考文献32,33,34,35を参照されたい。
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続きは
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