衝撃波・宇宙推進研究グループとは

我々のグループでは，衝撃波，プラズマ／高エンタルピ流れ，極低温流れなど，複雑かつ高度な流れを深く理解した上で新しい概念を創造し，宇宙航空分野における航行・推進の革新的な技術を生み出すことを目指しています．

超伝導プラズマ推進

高温超伝導コイルによる強磁場下でのプラズマ推進機の運転に成功しました．詳しくはこちら．

本プラズマ推進機の写真が，プラズマ・核融合学会第7回フォトイラストコンテストにて「最優秀賞　金賞」を受賞しました．

 

高温超伝導コイルによる強磁場下で作動中のプラズマ推進機

 

衝撃波と乱流の干渉

急激な圧縮を行う衝撃波が乱流（ランダムな流れ）を通過するとき、複雑な変化が生じます。この現象は、たとえば超音速飛行で生じる衝撃波が引き起こす騒音問題（ソニックブーム）に深く関連します。大気の乱れ（大気乱流）によって変化するソニックブームの強さを予測するため、衝撃波と乱流の干渉に関する流体物理の理解と影響の定量化が必要となっています。

我々の研究室では、衝撃波と様々な流れの干渉を高い自由度で行うことができる「対向衝撃波管」[1]を独自に開発し、衝撃波と乱流の干渉実験を行っています。衝撃波の強さや乱流強度を変化させて、干渉の様子を可視化しました。その結果、衝撃波と乱流の干渉する距離が増えるにともない衝撃波の変形が進む様子が確認されました。また行った実験のうち、最も強い乱流（乱流マッハ数*1 Mt = 0.024）と衝撃波（衝撃波マッハ数*2 Ms=1.03）の干渉では、干渉開始直後はまっすぐであった衝撃波が（動画 干渉距離65 mm）、干渉距離1 mを超えるとバラバラになることを観測しました（動画 干渉距離1121 mm）。この乱流による衝撃波の「崩壊」現象は数値シミュレーション研究では報告されていましたが、実験において類似の現象を確認したのは本研究が初めてです。研究成果の詳細は論文[2]に示されています。

本研究では、衝撃波が乱流を進んでいく中で衝撃波の形状が大きく変わることが明らかになりました。超音速飛行による衝撃波が大気乱流を伝播する過程で生じる変化を解明し、ソニックブーム強度が変化する現象を理解するため、現在衝撃波干渉に関する研究を行っています。

【動画】衝撃波（右向きに進行、衝撃波マッハ数1.03）と、強い乱流（左向きに進行、乱流マッハ数0.024）の干渉のシャドウグラフ可視化。この手法では密度の変化が明るさの変化として可視化されています。

可視化窓中心部での干渉距離 65 mm 1121 mm

補足
*1 乱流マッハ数Mt：乱流速度変動を音速で割った値．
*2 衝撃波マッハ数Ms：衝撃波速度を音速で割った値．

関連論文
[1] T. Tamba, T. M. Nguyen, K. Takeya, T. Harasaki, A. Iwakawa, A. Sasoh “Counter-Driver Shock Tube,” Shock Waves 25, 667-674 (2015).
doi: 10.1007/s00193-015-0594-z
[2] T. Tamba, G. Fukushima, M. Kayumi, A. Iwakawa, and A. Sasoh. “Experimental investigation of the interaction of a weak planar shock with grid turbulence in a counter-driver shock tube,” Phys. Rev. Fluids 4, 073401 (2019).
doi: 10.1103/PhysRevFluids.4.073401

 

レーザーアブレーションによるデブリ除去プロジェクト

地球の軌道上には運用中の人工衛星以外に”スペースデブリ（宇宙ごみ）”と呼ばれる切り離されたロケットや運用を停止した衛星，及びそれらの破片が数多く存在しています．現在その数は位置が捕捉されているものだけでも2万個以上存在し，1 cm以上のデブリは90万個程度あるという試算もあり，さらに年々増え続けています．これらデブリは高速で軌道上を周回しており，運用中の衛星と衝突すると直径数mmの小さなデブリでも運用停止に至るほどの被害を及ぼす恐れがあることが知られています．宇宙空間の持続的な利用には，デブリを除去し，増加を抑えることが不可欠ですが，現在実用化に至っているデブリ除去手法は存在しません．本研究室では長年，レーザーバルス（短時間のレーザー光線エネルギー）を物体に照射した時に生じるレーザーアブレーションと呼ばれる現象を利用したデブリ除去手法に着目し，アブレーションにより生じる推力の研究を行ってきましたが，いよいよ2019年度よりスカパーJSAT等との共同研究を開始し，実現に向けた具体的な取り組みに着手しました．スカパーJSATは，理化学研究所，JAXA, 九州大学とも連携し，レーザーアブレーションによるデブリ除去を軌道上実証し，事業化することを目指しています(詳細)．このプロジェクトでは衛星にパルスレーザーを搭載するため，使用できるレーザーの出力には打ち上げ質量や利用可能電力等の観点から限界があり，レーザー単発当たりの作用は非常に小さなものとなります．したがって，レーザー搭載衛星から，ランデブーさせたスペースデブリにレーザーパルスを多数回繰り返し照射し続けることで，衛星の回転を止めて回収作業を安全にし、スペースデブリの軌道を徐々に変更し，大気圏に突入させるという方法で除去を行います．本研究室ではプロジェクトの本格始動に先立ち，衛星に搭載可能な程度のレーザーを繰り返し照射することで模型の回転運動を制止するデモンストレーションを行いました．レーザーを照射ない場合と比較し，レーザーを照射するとレーザーアブレーションによる力で回転を制止できることが確認できました．

 

圧縮性流体力学・衝撃波に関する教科書について

佐宗教授執筆の教科書（英文・和文）が出版されています。名古屋大学工学部機械・航空宇宙工学科「圧縮性流体力学及び演習」の教科書になっていますが、授業を履修しなくても読者が式変形を追いつつ自習できるように配慮されています。

News

2024.11.9
  • 第61回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋季大会において森本貴大(M2)が最優秀学生賞を, 重田直賢(M2)が中部支部学生賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル

    森本 貴大、Charton Virgile、山岡 叡一郎、杵淵 紀世志（名古屋大学）

    Reactive species weighting schemeを用いたDSMC法による再突入弱電離プラズマ解析

    重田直賢，萩原淳，クストディオダニエル，木村成将，旭拓海（名古屋大学），福嶋岳（Université de Sherbrooke），中村友祐，佐宗章弘（名古屋大学）

    Two-Diaphragm Shock Tubeを利用した衝撃波―前方誘起流れ干渉実験
2024.11.7
  • 第68回宇宙科学技術連合講演会において毛利諒祐(M2)が学生セッション優秀賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル

    毛利諒祐、井上哲志、杵淵紀世志、土屋雄二

    極低温冷却コイルを用いた強磁場印加MPDスラスタにおける電極特性の影響
2024.11.6
  • 木村 成将(M2)が第56回流体力学講演会/第42回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウムの研究発表において優秀講演賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル

    木村成将，重田直賢，CUSTODIO Daniel，萩原淳，山口月，中村友祐，佐宗章弘

    衝撃波と前方順方向噴流との干渉
2024.7.24
  • Publicationを更新しました．
  • 中村特任助教らの論文がActa Astronauticaに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Time- and angular-distribution of ion current in pulse-laser ablation plume of aluminum
2024.5.17
  • Publicationを更新しました．
  • 中野 僚太(D2)らの論文がActa Astronauticaに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Enhancement of the electrostatic–magnetic hybrid thrust performance using a stagnant ring
2024.5.7
  • 令和5年度 宇宙輸送シンポジウムにおいて毛利 諒祐(M2)が優秀学生賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル

    毛利 諒祐・杵淵 紀世志・市原 大輔・中野 僚太・前島 大輝・高木 涼平・Chris Acheson・Jakub Glowacki・Max Goddard-Winchester・Cameron Shellard・Randy Pollock

    高温超伝導コイルを用いたプラズマ推進機の強磁場印加性能特性
2024.4.18
  • 佐宗教授および本研究室博士後期課程修了生の前田和宏（トヨタ自動車）らの論文が日本機械学会賞を受賞しました.
    著者 タイトル

    前田 和宏, 椿野 大輔, 原 進, 佐宗章弘

    Coupling analysis of unsteady aerodynamics and vehicle behavior with road input : Modeling and verification in rood tests
2023.12.31
  • 市原助教への取材記事がFNNプライムオンラインに掲載されました．
    「将来的には予防接種にも？針なしの「貼る注射器」を名古屋大学が開発…どうやって薬剤を注入するのか研究者に聞いた」2023年12月30日（詳細はこちら）
2023.12.15
  • 市原助教が愛知県経済産業局より「第18回わかしゃち奨励賞」応用研究部門の優秀賞を受賞しました．
    提案名は「局所アーク加熱で駆動する高速・ピンポイント粒子射出器」です．（詳細はこちら）
2023.12.06
  • 市原助教の研究が日本経済新聞社，日経産業新聞で記事になりました．
    「名大、針なしの注射器開発　衝撃波を駆使、体内に薬剤注入」2023年12月6日（詳細はこちら）
2023.12.04
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文がAIP Advancesに掲載され，Featured Articleに選出されました．(詳細)
    タイトル

    Electrical microparticle acceleration by high-speed membrane deformation
2023.11.01
  • 安藤嶺央(M1)が流体力学会中部支部講演会で優秀講演賞を受賞しました.．
    著者 講演タイトル
    安藤嶺央、三木佑真、江上泰広、杵淵紀世志
    極低温壁面冷却による境界層干渉剥離の抑制とTSPによる壁温計測
2023.9.25
  • 佐宗章弘教授が「第96回 名大カフェ」で講演しました．以下のリンクから講演内容を確認できます．

　　-　レーザーの新たなミッション 宇宙ゴミを大気圏再突入させよ　– 

https://note.com/nagoya_ura/n/na9971d25b998

2023.10.19
  • 第67回宇宙科学技術連合講演会において野坂俊介(M2)が優秀発表賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル

    野坂俊介、杵淵紀世志、張科寅、渡邊裕樹

    ドライアイス・ホールスラスタのシステム実証とタンク内三相分布解析
2022.9.28
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が Physics of Plasmasに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Development and numerical investigation of Mach probe model in a hypersonic, low-temperature flowing plasma
2023.6.20
  • 2010年度卒高木大輔様より寄附金をいただきました．寄付金は研究室の学生の新たな研究（高木プロジェクト）に活用させていただきます．高木プロジェクトの応募締め切りは2023年7月21(金)です．
2023.1.6
  • 井上祐介らの論文がTRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCESに掲載されました (詳細)．
    タイトル

    Investigation on Applying an InGaN Photocathode with Negative Electron Affinity for Electric Propulsion
2022.12.5

  • 第59回中部・関西支部合同秋季大会において福嶋岳(D3)が中部支部学生賞を受賞しました（詳細）.

    著者 講演タイトル

    福嶋岳，重田直賢，クストディオダニエル，山口月，萩原淳，中村友祐，佐宗章弘

    前方流速場nudgeによる衝撃波変調の実験
2022.12.4
  • 三木佑真(M1)が流体力学会中部支部講演会で優秀講演賞を受賞しました.
    著者 講演タイトル

    三木佑真 安藤嶺央 岩本賢明 杵淵紀世志

    超音速インテークの衝撃波/境界層干渉に伴う剥離の緩和を目指した極低温壁面冷却
2022.10.7
  • 市原大輔助教が「名大カフェ」で衝撃波をテーマに講演します。

　　-　音速を超えた世界の主役　「衝撃波」の科学　– 

　　以下リンクから事前予約の上、ぜひ聴講ください。

　　Twitter（名大研究フロントライン）

　　日時：10/27（木）19:00 – 21:00

 

2022.10.18
  • Publicationを更新しました．
  • 福嶋岳らの論文がPhysical Review Eに掲載されました (詳細)．
    タイトル

    Petal formation law in a cellophane diaphragm subjected to a pressure difference
2022.9.30
  • 津野克彦ら（理研）および佐宗章弘教授らの論文がApplied Physics Aに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Laser ablation induced impulse study for removal of space debris mission using small satellite
2022.7.15
  • アメリカ航空宇宙学会の国際会議2022 AIAA AVIATION Forumにおいて，福嶋岳(D3)がAIAA Computation Fluid Dynamics Best Student Paper Competition 1st Placeを受賞しました。(詳細) (賞状)
    著者 表題
    Gaku Fukushima (Nagoya University), Keiichi Kitamura (Yokohama National University), and Akihiro Sasoh (Nagoya University) On Peculiar Behaviors of Captured Very-Weak Moving Shockwaves
  • 浅井宏樹らの論文がAIAA Journalにacceptされました (詳細)．巻や論文番号が分かり次第更新します.
    タイトル

    Transition to weak-shock solution around center body using laser energy deposition
2022.6.24
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が Shock wavesに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Geometrical matching in remote in-tube shock compression by an unsteady jet
2022.6.15
  • 福嶋岳(D3)が令和4年度名古屋大学学術奨励賞を受賞しました．(詳細)
2022.5.18
  • 2010年度卒高木大輔様より寄附金をいただきました．寄付金は研究室の学生の新たな研究（高木プロジェクト）に活用させていただきます．高木プロジェクトの応募締め切りは7/1(金)です．
2021.12.16
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が J. Appl. Phys.に掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Electrostatic–magnetic hybrid ion acceleration for high-thrust-density operation
2021.9.21
  • 高木プロジェクトは協議の結果，福嶋岳(D2)の「ポーラス構造を用いた超音速インテークの実験的検討」が採択されました．
2021.9.2
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が AIP Advancesに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Energy conversion efficiency of electrical exploding foil accelerators
2021.7.2
  • 2010年度卒高木大輔様より寄附金をいただきました．寄付金は研究室の学生の新たな研究（高木プロジェクト）に活用させていただきます．高木プロジェクトの応募締め切りは9/13(月)です．
2021.4.26
  • Publicationを更新しました．
  • 福嶋岳らの論文が Shock Wavesに掲載されました．(詳細)
    タイトル

     Impacts of grid turbulence on the side projection of planar shock waves
2021.4.23
  • 2020年度衝撃波シンポジウムにおいて，福嶋岳(D2)，小川真吾(2020年度修士卒)がBest Presentation Award（若手プレゼンテーション賞）を受賞しました（詳細）。
    著者 表題
    福嶋岳，小川真吾，Wei Jiaxi，萩原淳，中村友祐，佐宗章弘（名大）

    乱流との干渉による衝撃波面消失モデル
    小川真吾，福嶋岳，Wei Jiaxi，萩原淳，中村友祐，佐宗章弘（名大）

    前方流速誘起による衝撃波強度の低減
2021.4.23
  • 令和2年度宇宙輸送シンポジウムにおいて，眞木達朗(M2)が非化学推進部門優秀学生賞を受賞しました（詳細）。
    著者 講演タイトル
    眞木達朗，杵淵紀世志（名大）
    張科寅，渡邊裕樹（JAXA）    		 ドライアイスを推進剤とした電気推進システムの提案と供給実験
2021.4.22
  • 2021年5月15日（土） 13：00～17：00に2022年度機械航空系研究室見学会（オンライン）が 開催されます。
    当研究グループも参加いたします。
    詳細はこちら
    https://www.mae.nagoya-u.ac.jp/ja/admission
2021.4.14
  • Publicationを更新しました．
  • 福嶋岳らの論文が Fluid Dynamics Researchに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Losing the shock wave front profile due to interaction with turbulence
2021.1.8
  • Publicationを更新しました．
  • 中村友祐特任助教らの論文が Experints in Fluidsに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Speckle beam-oriented schlieren technique
2020.6.28
  • Publicationを更新しました．
  • 福嶋岳らの論文が Shock Wavesに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Influence of cellophane diaphragm rupture processes on the shock wave formation in a shock tube
2020.5.4
  • Publicationを更新しました．
  • 片桐佑介らの論文が TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCESに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Boundary Effect on the Laser-ablation Impulse Characteristics of a Flat-Head Cylinder
2020.4.25
  • Publicationを更新しました．
  • 佐宗章弘教授 執筆の書籍「Compressible Fluid Dynamics and Shock Waves」が刊行されました. (詳細)
2020.4.8
2020.3.4
  • 日本衝撃波研究会において，佐宗章弘教授が2019年度Glass Memorial Lecture Award (GLMA)を受賞しました．(詳細)
2020.2.20
　2020年3月1日に予定されていた大学院入試説明会ならびに研究グループ見学会・説明会は中止となりました。
 
2020.2.4
  • Researchを更新しました（「極低温液体推進」を追加）．
2020.2.3
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が Journal of Propulsion and Powerに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    High-Specific-Impulse Electrostatic Thruster with Argon Propellant
2019.11.14
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が Journal of Propulsion and Powerに掲載されました．(詳細)
    タイトル

    Central and External Cathode Operations in a Diverging-Magnetic-Field Electrostatic Thruster
2019.11.14
  • Publicationを更新しました．
  • 明官学らの論文が AIAA journalに掲載されました．(詳細)
タイトル

Repetitive Energy Deposition at a Supersonic Intake in Subcritical and Buzz Modes
2019.10.26
  • 第17回日本流体力学会中部支部講演会において，福嶋岳(M2)が中部支部講演会優秀賞を受賞しました．
    著者 講演タイトル
    福嶋岳, 小川真吾, ウェィジャシ, 中村友祐, 佐宗章弘 対向衝撃波管を用いた衝撃波と乱流の干渉実験
2019.8.17
  • Publicationを更新しました．
  • 丹波高裕らの論文が Physical Review Fluidsに掲載されました．(詳細)
タイトル

Experimental investigation of the interaction of a weak planar shock with grid turbulence in a counter-driver shock tube
  • 片桐佑介らの論文が Physica Scriptaに掲載されました．(詳細)
タイトル

Sunflower Effect: Enhancement of laser-pulse-induced impulse in the beam incident direction due to surface undulation
2019.1.8
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔助教らの論文が Journal of Propulsion and Powerに掲載されました．(詳細)
タイトル

Similar Thrust Performance in Diverging-Magnetic-Field Electrostatic Thruster with Monoatomic Propellants
2018.11.24
  • 第55回日本航空宇宙学会中部・関西合同秋季大会において、明官学(M2)が中部支部学生賞を受賞しました．
著者 講演タイトル
明官学, Wu Yen Lin, 久保田祥矢, 岩川輝, 佐宗章弘 エネルギー付加による超音速インテイク性能の向上
2018.10.16
  • Publicationを更新しました．
  • 佐宗章弘教授らの論文が Acta Astronauticaに掲載されました．(詳細)
タイトル

Electrostatic-magnetic-hybrid thrust generation in central–cathode electrostatic thruster (CC–EST)
2018.01.21
  • Publicationを更新しました．
  • 春日勇人(M2)らの論文が TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPANに掲載されました．(詳細)
タイトル

Operation Characteristics of Applied-Field Magnetoplasmadynamics Thruster Using Hollow Cathode
2017.11.20
  • Publicationを更新しました．
  • H.S.Phamらの論文が AIAA Journal に掲載されました．(詳細)
タイトル

Effect of Repetitive Laser Energy Deposition on Supersonic Duct Flows
2017.10.01
2017.09.04
  • Publicationを更新しました．
  • 岩川輝講師らの論文が Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences に掲載されました．(詳細)
タイトル

Mach-number Effect on Supersonic Drag Reduction using Repetitive Laser Energy Depositions over Blunt-Body
2017.07.26
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔(D3)らの論文が Journal of Applied Physics に掲載されました．(詳細)
タイトル

Effects of magnetic field profile near anode on ion acceleration characteristics of a diverging magnetic field electrostatic thruster
2017.07.12
  • Publicationを更新しました．
  • 市原大輔(D3)らの論文が Acta Astronautica に掲載されました．(詳細)
タイトル

Power matching between plasma generation and electrostatic acceleration in helicon electrostatic thruster
2017.06.28
  • Publicationを更新しました．
  • H. S. Phamらの論文が AIAA Journal に掲載されました．(詳細)
タイトル

Impacts of Laser Energy Deposition on Flow Instability over Double-Cone Model
2017.06.06
  • Publicationを更新しました．
  • 佐宗章弘教授らの論文が AIP Advances にonline掲載されました．(詳細)
タイトル

Electrostatic/magnetic ion acceleration through a slowly diverging magnetic nozzle between a ring anode and an on-axis hollow cathode
2017.04.30
  • 丹波高裕(D3)が2016年度火薬学会賞 奨励賞を受賞しました．
    タイトル 爆発と乱流間の干渉についての数学モデルに関する一考察
    推薦論文 Field experiment of blast wave pressure modulation past a turbulent flow (詳細)

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