科学機器

産 学 官との 連 携

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科学の峰々

東京農工大学 工学府機械システム工学専攻 教授

亀田正治 先生 に聞く

流体力学 と火山爆発・高速流れ
71 ・衝撃波・気泡の研究 上11

聞き手：南明則 日本科学機器協会 広報委員
同専務理事邦弘
同事務局参事武男

藏満
森尾と き：2012年10月17日
ところ：東京科学機器協会会議室（取材・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱

安井久雄）

亀田

正治先生のプロフィール

1989年

東京大学工学部機械工学科卒業

1991年

東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻修士課程修了

1994年

東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻博士課程修了

1993年〜 1994年

日本学術振興会特別研究員

1994年〜 1997年

東京農工大学工学部機械システム工学科講師

1997年〜 2009年

東京農工大学工学府機械システム工学専攻助教授

2009年〜現在
1997年

東京農工大学工学府機械システム工学専攻教授

文部省在外研究員として独・アーヘン工科大学・米・ジョンズホプキンス大学・カリフォルニア工科大学に滞在

2001年

文部省在外研究員として独・ダルムシュタット工科大学に滞在〈研究分野〉
高速流体力学、混相流体力学、流体計測〈学会〉
日本機械学会
日本航空宇宙学会
可視化情報学会
日本流体力学会
日本混相流学会〈賞〉
日本機械学会奨励賞(研究)（1997年）
英国機械学会Thomas Hawksley Gold Medal(最優秀論文賞)（2009年）など〈著書〉
泡のエンジニアリング（テクノシステム、2005）
非侵襲・可視化技術ハンドブック（エヌ・ティー・エス、2007）
火山爆発のダイナミックス（東京大学出版会、2009）（いずれも分担執筆）など

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─ 亀田先生のご専門は流体力ベースに、やがて社会全般に興流体工学研究室に進むことを選味を持つようになり、そこから択しました。2人の恩師とは、官僚になりたいと考えていたの現在の大橋秀雄東大名誉教授とだと思います。ただ、なぜ官僚松本洋一郎東大副学長です。になりたいと考えたのか、今と学で、研究テーマは火山爆発のその研究室で過ごした6年間解明から感圧塗料の開発まで多が、それ以降、流体力学研究を岐にわたっているとお聞きして続けられるすべての基盤を作りいます。まず初めに、流体力学ました。先生方は言うまでもな─ 算数や数学はあまり得意でという学問に従事されるきっかく、先輩方や後輩たちもみな優はなかったと言われましたが、けや、それまでのご経歴につい秀かつ素晴らしい人柄をお持ち物理というと数学的な思考が求てお聞かせいただけますでしょで、これらの方々に負けないよめられるように思いますが。

うか。

う良い研究成果を挙げなければ亀田

子どものころから本を読なっては明確な理由は全く覚えていないのです。

ならない、ということは現在で亀田も強く思い続けています。

代は機械工学科に進学した洋弓その通りですね。大学時

むことが大好きで、特に日本のまた、博士課程１年生のとき部の同期生によく数学を教えて歴史に興味を持っていました。に、気泡流研究の世界的権威でもらっていたのですが、彼らか一方、算数、数学はあまり得意ある米国ジョンズホプキンス大らすると、私が今、流体力学のではなく、中学生のころまでは、学 のProsperetti教 授 が 研 究 室研究をしているのが驚きのよう官僚になって国を動かす仕事をに半年間滞在されました。そうです。

したいと思っていました。

した研究者と間近に触れる機会

機械工学科を選んだときも、高校１年生の終わりに文理のを得て、世界トップレベルの知理学部に比べると、数学の力を選択を行うときに、周りの人の識人のすごさを体感したことも、求められることも少ないのではアドバイスを受けて理系に進み現在につながる研究姿勢を持つと思っていたのは確かです。学ました。
高校の理科の先生に「亀良いきっかけになりました。

問としての機械工学科は幅広く、ロボットやメカなどの研究があ田は物理の才能がある」などとおだてられたことも、きっかけ─ 今のお話で、子どものころりますが、それらにはあまり興になったかもしれません。

は日本の歴史や官僚に興味を持味はなく、私の関心の中心はサ大学に入ってからは、学業よっておられたとのことですが、イエンスにありました。機械工りはむしろ洋弓部の活動中心のどのようなところに惹かれたの学科なら、自分のやれる範囲で生活を送っていて、専攻を深くでしょうか。

物理学やサイエンスの研究ができるだろうと選んだわけです。

考えることはありませんでした。
２年生のときに行われた進学振亀田

日本の歴史に興味を持っ消極的な理由で機械工学科にり分けの際に、とっさに考えてたのは、今でも鮮明に覚えてい進学したのですが、そのころ大志望した機械工学科に進むことるのですが、小学３年生のとき学に導入されたばかりのCADになりました。に誕生日のプレゼントとして日のソフトを用いた製図を好きに機械工学科に進んでからも真本の歴史という学研の図鑑をもなり、メカにも興味を持つよう面目な学生ではなかったと思うらったことがきっかけでした。になりました。のですが、連続体力学に興味をそうした日本の歴史への興味を9

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恩師の人柄に惹かれ機械工学科へ進む

持ち、温顔の恩師2人に魅かれて、11

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亀田先生のすごいところは、数式展開能力が高いことはもちろんですが、説明する能力にも優れている点でした。先生は皆が使いやすいところまで数式を11見通しよく展開して下さるので、先生が書いた論文は私の研究にもとても役立ちました。
東京大学工学部機械工学科流体工学研究室のOB会集合写真。
前列右から3番目が大橋秀雄先生、その左隣が松本洋一郎先生。

また、こうした人たちに数学力を見せつけられたことは、私─ 流体工学研究室に進んだの

Prosperetti教 授 は ど の よ う なが自分の生きる道を実験に求めは2人の恩師に惹かれたためと方だったのでしょうか。

るきっかけにもなりました。

亀田

森羅万象に通じる幅広い学問のことですが、どのような方だったのでしょうか。

Prosperetti教 授 は 松 本

先生の親友で、なんと言っても亀田

大橋先生はもとは石川島

圧倒的な数学力を持っている方（現IHI）の技術者でした。研究でした。それと、先生は仕事が─ 亀田先生の専門分野である室では包括的な研究をしていま非常に速く、本当の世界のトッ

流体力学について、応用分野もしたが、機械に対する強い愛情プがどういうことを考え、どう含めて、分かりやすく概要をごを持っており、また、とても慈いうペース、どういうテンショ教示いただけますでしょうか。

愛に満ちた方という印象を受けンで仕事をするのか、それを知ました。私は大橋先生が定年にるとても良い機会になりました。

亀田

流体力学は「流れ」と「波」という2つの運動を解析する学なるまでの４年間、ご一緒しただけですが、先生は年齢が離れ─ 圧倒的な数学力とは、どの問です。ギリシャ時代の哲学者た学生たちとも非常に打ち解けようなところに感じられたのでヘラクレイトスが「Everythingておられました。

しょうか。

flows nothing stand still」とい松本先生は私が直接指導を受けた方です。とても面倒見がよく、ご本人になさりたいことがいっぱいあったこともあり、研究室では学生たちと夜遅くまで過ごしてディスカッションをしてくださいました。

世界トップレベルの圧倒的な数学力
─ アメリカから来られた

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気泡流研究の世界的権威である米国ジョンズホプキンス大学のProsperetti教授（左）。
北海道を訪れたときの一コマ。

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産 学 官との 連 携とき、トンネル内の空気を急にれていますが、この言葉のとお前方へ押すことになり、出口のり、適当な時間スケールや空間ところで大きな音が出ます。そスケールを取ることで、多くのれを回避するため、現在のよう物体の動きを「流体力学」の視な形になっているのです。

います。

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火山、衝撃波、塗料、泡などに研究対象が広がる

なお、宇宙流体力学という分─ 流体力学の中で、現在、亀野もあり、天体も星雲レベルに田先生が特に関心を持たれていすべてを網羅するとまでは言なると流体力学的に解析ができる分野は何でしょうか。

えませんが、流体力学は森羅万るのです。星雲とは星のかたま象に通じる学問です。いくつかりですが、億年単位で見ると、亀田例を挙げると、飛行機や鳥の飛互いに干渉し合いながら動いて相流体力学」「流体計測」を専

翔のメカニズム、音の伝わり方、いる流体であると考えることが門にしています。現在、興味を天候の変化、魚や船・自動車のできるからです。

持って行っている研究課題は、点で解析することが可能となります。

火山爆発のダイナミクスを明ら形、血液の流れなどすべて流体力学の解析対象に入ります。
─ 一般の私たちから見ると、

私は「高速流体力学」「混

─ ちなみに、流体力学は学問かにすること、航空機のようなとしてはいつごろ確立されたも高速移動体の周りに発生する衝のなのでしょうか。

撃波の挙動を明らかにすること、車の車体が流線形になったり、感圧塗料と呼ばれる発光塗料の新幹線の先頭車両の先端が長く亀田伸びたりといったことを思い浮ができあがったのは、だいたいかべるのですが、これらも流体150年ぐらい前だと思います。

最近の流体力学研究では、コ力学の研究の成果ということで1850年代にイギリス人が組み立ンピュータを用いた数値シミュ

しょうか。てた理論をベースにし、1920年レーション（計算流体力学＝代までには、大学の講義などでCFD）が主流になっていますが、対象とする研究成果は出てきて私の研究は、実際に見ること、亀田最近の車が丸まった形を流体力学の現在の仕組み開発と応用、および気泡を用いた液体への物質輸送です。

しているのは、デザインだけでなく、空気抵抗を減らすという流体力学的な要請があるためです。また車というと、最近は多くの人がドアの横に付いているミラーの風切り音を不快と感じるようになり、その低減法を考えることも流体力学の解析の対象になっています。
新幹線の形については、特定の理由があります。それは、も東京農工大学工学府のキャンパス。
近代的かつ緑豊かな景観が広がっている。

し新幹線の１両目が先端に向かって細くなるような形をしていないと、トンネルの中に入った

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う意味のことを述べているとさ

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すなわち実験にこだわっている─ 液体を速く流すと、なぜ泡─ 分析機器では泡がノイズにことが特徴の１つだと思っていが出てくるのでしょうか。

なり、分析結果がよくないということがありますね。

ます。そのためのツールとして「高速度撮影による可視化」技

亀田

術をとても大切にしています。

形でエネルギーが蓄えられてい亀田

また、さきほどもお話したとます。液体が流れるとき、そのなります。泡がでることを前提おり、機械工学科で学んだ結果エネルギーが運動エネルギーにに設計するなら別ですが、泡がとして、生来特に興味を持って変換されます。流れるスピード出ないことを前提にしていると、いるわけではなかったモノづくが速くなると、そのぶん圧力が予期しない問題が起こり得るとり、具体的には、実験装置、方下がり、泡が出る状況が作られ思います。液体を流すだけのこ法作りの面白さに目覚めた、とるのです。とですが、そこで発生する問題いうことも、実験的な研究を続ける動機になっています。

ポンプ内で出た泡によってロケット事故が発生

液体の内部では、圧力の水の流れでは真空に近い圧力になるのは比較的簡単です。た
とえば大気圧から流れを速くしていくと、真空状態になるのは、秒速15m、時速にすると51kmそうですね、泡は邪魔にの解決はなかなか難しいようです。

風洞実験に用いるための塗料の開発に携わるです。その程度のスピードで真─ 高速で水を流すと泡が出ますが、そういった研究も専門とされているのですね。
亀田

液体の高速流れは泡を作り出しますが、それが私が学生のころ扱っていた研究テーマで、空になるのです。

─ 感圧塗料については、どの管の中でも、秒速10mくらいようなものを開発しておられるで液体を輸送しているものはたのでしょうか、また、どんな用くさんありますから、ちょっと途に利用されるのでしょうか。

したきっかけで泡が出てくる状況にあると言えるのです。

亀田

感圧塗料は試験体に塗り、表面の圧力分布を光学的に把握私の出発点でもあります。
液体の高速流れによって泡が出ると、いろいろと悪いことが起きます。例えば、日本のH-Ⅱロケットが一度だけ打ち上げに失敗したことがあるのを覚えているでしょうか。あの原因は、ポンプの中で泡が発生し、燃料が出なくなってしまったことにあります。
液体を扱う分野では、液体を速く流す方向へ改良が進んでいるため、最近は泡の問題に数多く出会うようになりました。

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感圧塗料による風洞実験の図。1 μsの変動をとらえる発光塗料や微小な圧力変動をとらえる計測技術の開発にも力を注いでいる。

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産 学 官との 連 携するものですが、風洞実験に関773 2012・

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する技術開発の一環として研究に取り組んでいます。
用途としては航空機産業などに用いられます。例えば、プロペラに圧力センサーを付けて、11そこに加わる圧力を測ることはできませんが、感圧塗料を使えば、そこにかかる圧力を計測することができます。
現在、私たちが開発しているのは、高速応答型感圧塗料、別南広報委員、藏満専務理事とお話される亀田先生。の言い方をすると、圧力の素早い時間変化をとらえる感圧塗料

な流体力学の研究雑誌にも写真界の陸地の0.25％を占めるに過です。この塗料は航空機産業かや映像だけを載せた特集があるぎないので、相当な集中率です。

らの関心も高く、宇宙航空研究ほどです。

当然のことながら、日本には東開発機構との共同開発も行って特に、泡を含む流れの可視化

大、京大をはじめとして、全国います。私たちのグループは世は難題で、泡を含んだものの中の大学に多くの火山学者がおり、界的に見て、かなり性能のいいを見たいというのが、私の研究活発に研究を行っています。

感圧塗料を開発していると思いの大きな目的の１つです。そこ私が火山研究にかかわるようます。

で来年から播磨にあるSPring-8になったのは1990年代なかばの今のところの課題は、私たち（スプリングエイト）で実験をことで、当時、東大地震研の大が出かけていき、自分たちで感してみたいと思い、現在、研究学院生だった市原美恵さん（現圧塗料を塗り、データを取って提案を考えているところです。

助教）の実験に協力したことが解析をすれば、いい結果は出るのですが、何も知らない人が同じように使って、私たちと同等火山の噴火を物理的な視点で捉えるきっかけです。物理的な視点でみると、火山噴火は発泡したマグマが噴出する過程と捉えられます。この過程は、私の専門分の結果を出せるかというと、そういうレベルではないという点

─ 先生は火山噴火の解明にも野である、混相流、高速流が密です。

取り組まれていますが、この分接にかかわる現象なのです。

野の研究の現状、今後の見通し─「高速度撮影による可視化」

や可能性などについてお話しい技術も大切にされているとのこただけますでしょうか。とですが。
亀田
亀田

日本には，活火山と呼ば流体力学の多くの研究グれる過去１万年以内に噴火した

ループが流体現象の撮影を行っことのある山が100以上あり、ており、流体現象を撮影した有これは世界全体の10％に相当す

名な写真集があったり、代表的るそうです。日本の国土は、世次号「科学の峰々」12月号では

亀田

正治 先生

“流体力学”と火山爆発・高速流れ・衝撃波・気泡の研究（下）において続きをお話いただきます。

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