大西研究室 / 高橋研究室 Ohnishi Laboratory / Takahashi Laboratory  東北大学 大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 宇宙システム講座 推進工学分野

ようこそ大西研究室 / 高橋研究室へ

 大西研究室 / 高橋研究室では高温気体やプラズマの流体力学的特性の解明やその応用について, 数値シミュレーションによる研究を行っています.

DBDプラズマアクチュエータによる誘起流れ場のシミュレーション(S. Sato) (クリックで再生)

高校生の方へ

 科学技術は自然と対峙する人類の知恵であり, 地球という環境下におけるより安定的な生命活動の維持を目指したものでなければなりません. したがって我々は地球を知り,  宇宙を知ったうえで科学技術を発展させ, 過去の反省を踏まえながら正しく継承していく必要があります.
 宇宙工学は, 人類がより宇宙を理解し, そして宇宙環境を利用する上で必要な学問であり, そこでは常に革新的な技術が求められます. 当研究室では, 高温気体やプラズマの高速流に関連した物理現象とそれを利用した宇宙工学技術について, コンピュータを使った様々な研究 を行っています.

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新着情報

  • 2019/07 Webページを更新しました.
  • 2018/10 Webページを更新しました.
  • 2018/07 Webページを更新しました.
  • 2018/05 Webページを更新しました.

教授

大西 直文

  • 担当科目:

  • ・数理解析学

  • ・推進工学

  • ・物理学B

准教授

高橋 聖幸

  • 担当科目:

  • ・機械知能・航空実験I (5セメ)

  • ・機械知能・航空実験II (6セメ)

佐藤 慎太郎

  • 趣味:旅行,読書,テニス,映画鑑賞

  • 出身校:市立浦和高校 (埼玉県)

宇田 惟一朗

  • 趣味:読書,ゲーム,映画・アニメ鑑賞

  • 出身校:広島市立美鈴が丘高校 (広島)

山川 雄大

  • 趣味:ピアノ,料理,ペン画,尺八,スキー

  • 出身校:札幌南高校 (北海道)

Kumar Harihara Sudhan

  • 趣味:Star gazing, reading novels, volley ball

  • 出身校:Y.R.T.V Matric. Hr. Sec. School, TN, India

坂本 広樹

  • 趣味:ピアノ, アカペラ, 読書, スポーツ

  • 出身校:埼玉県立川越高等学校(埼玉県)

和田 朱音

  • 趣味:楽器の演奏(ピアノ, ユーフォニアム), 音楽鑑賞, 考古学(古代エジプト文明)

  • 出身校:静岡雙葉学園(静岡県)

佐藤 慧一

  • 趣味:野球, スキューバダイビング

  • 出身校:八戸北高等学校(青森県)

丹野 茉莉枝

  • 趣味:ピアノ,フルート,フランス語,コスメ集め

  • 出身校:仙台第二高等学校(宮城県)

榎戸 智輝

  • 趣味:麻雀, ゲーム, 動画鑑賞

  • 出身校:栃木県立真岡高等学校(栃木県)

蘆川 健一郎

  • 趣味:ゲーム, カラオケ, 美術館

  • 出身校:宇都宮高等学校(栃木県)

小林 晃

  • 趣味:野球, 麻雀, バイト

  • 出身校:佐倉高等学校(千葉県)

鈴木 颯一郎

  • 趣味:電子工作, 化石採集, 写真, 旅行

  • 出身校:北海道岩見沢東高等学校(北海道)

林 大地

  • 趣味:プログラミング, ランニング

  • 出身校:国立米子工業高等専門学校(鳥取県)

研究活動

・週1のミーティング
 週に1回, 事務連絡を兼ねてのミーティングがあります. ここで, 研究進捗を発表します. 教員や研究室のメンバーから多くのアドバイス, コメントをもらうことができます.
・輪講
 週に2~3回, 勉強会を行います. 内容は毎年異なり, メンバーの多数決で何をやるのかを決めます. 週ごとに担当を決め, その人が主体となって進めていきます. 担当者は予習等を行わなければなりませんが, 研究で必要な基礎・応用・専門的な知識を得ることができます.
・学会発表
 やる気がある人には国内外の学会に積極的に参加してもらいます.

研究内容

DBDプラズマアクチュエータにおける誘起流れに関する研究 <佐藤・榎戸・高橋・大西>

 近年プラズマを利用した可動部のない流れ制御装置として DBD (Dielectric Barrier Discharge) プラズマアクチュエータが注目されている. 従来の流体制御装置に比べて構造が簡素であり, 放電が短いタイムスケールで起きるために短時間で流れ場を制御できるという利点を持つ. しかしながら現在達成されている誘起速度や効率は低く, 実用化のためには解決すべき問題が残されている. また, 放電過程についても未だ不明な点があり, 実験および数値計算の両面から研究が行われている. 本研究ではDBDプラズマアクチュエータにおける詳細な放電過程の解明に向けてプラズマ流体モデルを用いた 数値計算や実験を行っている.

極超音速流の境界層における不安定モードの数値解析 <宇田・高橋・大西>

 極超音速境界層の乱流遷移は宇宙往還機の設計, 特に熱防御設計において無視できない要素である. この乱流遷移は不安定モードと呼ばれ, 境界層内で誘起される波の線形成長, 非線形崩壊により引き起こされる事が知られており, この不安定モードの詳細な解析が必要である. 本研究では, 極超音速境界層において最も支配的に成長する Mach の二次モード と呼ばれる不安定モードのメカニズムや, より低周波数のモードと二次モードの干渉について調べる為, 数値流体力学 (CFD) による研究を行なっている.

ループコイルを用いた無電極プラズマ推進機の加速機構に関する数値解析 <山川・高橋・大西>

 電気推進は, プラズマ化した推進剤を電気エネルギーによって加速・噴出するロケットエンジンである. 化学推進に比べて比推力が高い事で, ペイロード比を大きく出来る為, 長期新宇宙探査を支える推進システムとして注目されている. しかし, イオンエンジンに代表される現行の電気推進は, 高エネルギー荷電粒子と推進機の構成要素が接触する事で生じる電極損耗が寿命を制限する問題を抱えている. そこで, 探査機寿命の飛躍的向上を目指して, プラズマを接触する電極無しで生成・加速する無電極プラズマ推進が幾つか提案されている. ループコイルを用いた加速手法もその一つであるが, その加速機構には未解明な部分が多い. 本研究では, プラズマ流体モデルと電磁場のカップリング計算を行い, 加速過程の解明を目指す.

エキスパンションチューブ内流れ場の数値計算 <坂本・大西>

 大気圏突入環境を作り出す実験装置の一つとしてエキスパンションチューブがある. エキスパンションチューブの主な特徴は作動過程で試験気体を淀ませないために衝撃波風洞などに比べて, 試験気体の電離度, 解離度が低く抑えられ, より現実に近い大気圏突入環境を再現できることである. しかしながら, 試験時間が非常に短く, 試験気流の同定が難しいという問題点がある. エキスパンションチューブ内の流れ場は非常に複雑であるため, 実験的な解析は困難である. そこで数値流体力学(CFD)による解析が非常に有用である. 本研究ではエキスパンションチューブ内の流れ場をCFDによって解明することを目的としている.

繰り返しパルスレーザー打ち上げシステムにおける複数放物面スラスターの提案 <蘆川・高橋・大西>

 パルスレーザー打ち上げシステムにおける最も有名な機体として, MyraboのLightcraftが挙げられる. この機体はセンタリング復元性能が高いものの, ピッチング復元性能が低く, 高速回転を与える事で安定して飛行している. しかし, この高速回転は実用化の際には大きな障害となってしまうと考えられる. そこで, 高速回転を必要とせずに安定して飛行可能な機体を提案し, 数値流体計算により検討を行う.

マイクロ波ビーム推進機における放電特性に関する数値的研究 <鈴木・高橋・大西>

 従来の化学推進ロケットに変わる輸送システムとして, マイクロ波ビーム推進ロケットが提唱されている. このシステムは, マイクロ波ビームをエネルギー源として地上から推進機へ供給し, 推進機内で生成されたプラズマが周囲の大気を加熱, 圧縮することにより推力を獲得する. 推進剤を機体に搭載する必要がなく, 機体構造が簡素となるため, 輸送コストを大幅に削減できる. 本研究では, 推進機内で生成されるプラズマの特性を, 数値シミュレーションを用いて明らかにし, 入射マイクロ波の最適パラメータを提案することを目標とする.

その他のテーマ

 
  • 反物質推進器の加速機構に関する粒子シミュレーション
  • 多階層モデルによる統合コード開発
  • 大気圏再突入環境における有翼飛行試験機周りの空力計算
  • 数値計算と実証実験を用いた弧状衝撃波不安定性に関する研究
  • 回転磁場型無電極プラズマの推進機シミュレーション
  • 超相対論的ジェット中の3次元輻射輸送シミュレーション
  • 相対論的電子との散乱過程を考慮した3次元輻射輸送シミュレーション
  • レーザー推進機の安定飛行に関する数値的研究
  • 極超音速流の熱化学非平衡モデルの最適化
  • 固体表面におけるフェムト秒レーザーアブレーション過程の分子動力学解析
  • 超新星爆発の3次元数値シミュレーション
  • 超新星残骸中の流体不安定性を模擬した磁場増幅過程の数値解析
  • 超音速機の造波抵抗軽減の研究
  • 非定常かつ非等方な輻射に適した輸送方程式の数値解法の開発
  •  
ADDRESS 〒980-8579
仙台市青葉区荒巻字青葉6-6-01
機械系2号館4階402号室
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(東北大学工学研究科・工学部のホームページにリンクします)