ダストカーテンを横切る飛翔体まわりの現象に関する実験○鈴木 宏二郎（東大新領域）、正木 千尋（東大院）、渡邉保真（東大工学系）Experimental Study on Granular Flow around a Projectile Flying across Dust CurtainKojiro Suzuki, Chihiro Masaki and Yasumasa Watanabe（Univ. of Tokyo）Key Words: Ballistic Range, Dust, Collision, High-speed Camera, Shock Wave, WakeAbstractThe granular flow around a projectile flying across a sheet of dust particles was experimentally investigated by using theballistic range. A poly-carbonate spherical projectile with the diameter 25.75 mm and the mass 4.3 g was launched at thevelocity 420-470 m/s into the low pressure chamber at about 35 Pa. The dust curtain made from 0.2 or 0.4 mm diameterglass beads was formed in the test chamber by the free-falling device with a slit of 2 mm width and 600 mm length. Theimages obtained by the high-speed camera at 20,000 fps revealed collisions at the projectile surface with pulverization,formation of shock-wave-like structure in front of the body, formation of the wake in the absence of the dust particles andso on. The collision between the jet of the dust cloud and the dust curtain was also investigated.１．はじめに	 ザースリット光を入射した実験により、飛翔体が進	  真空中でたくさんの粒子が群として振る舞い、そ行中もダストの動きはほぼカーテンの面内にあり、の挙動がマクロに見てどのように説明できるかという問題は、流体力学的に大変興味深いテーマである。

顕著な三次元構造はできないことが確認されている。
ダストの挙動は、測定部の観測窓を通し、片方から粒子だけの集合体は粉体流（Granular Flow）として研カメラを、反対側から光を投入することで観察して究がなされているが、多くは比較的低速の現象を扱いる。カメラは(株)ノビテックのPhantom Miro M310っており、衝突破壊を伴う高速粉体流れについては実験、理論とも解明が進んでいるとは言えない。本を使用した。
ダスト粒子は直径0.2mmと0.4mmの研磨用ガラスビ研究では、シート状のダストカーテンを飛翔体が高ーズである。ダスト粒子の落下速度は約3m/sと飛翔速で横切る様子を高速ビデオで観察した。

体速度に比べて十分遅く、その効果は無視できる。

２．実験装置の概要	 なお、0.4mmガラスビーズの場合、ダストカーテンの数密度は約5X108m-3と見積られており[1]、気体分子実験は、二次元シート状に落下するダスト粒子群に運動論の剛体球モデルを用いると平均自由行程は約飛翔体を発射して、それがダストカーテンを横切る3mmとなり、クヌーセン数的には希薄気体流れに相際の挙動を高速ビデオで記録する方法で行った。サンドブラストガンでダスト風洞を作って物体に衝突当する。飛翔体は直径25.75mm、質量約4.3gのポリカーボネイト製中空球を使用した。外径が発射管内径させる方法もあるが、その場合は噴射用の気流の存と等しいため、サボなしでの発射が可能であり、分在により固気二相流となってしまうため、今回は採離後のサボが後方からダストカーテンに衝突して現用しなかった。
飛翔体は研究室所有のバリスティックレンジによ象を乱すことがない。測定部はあらかじめ約35Paまで減圧して行われた。しかし、残存大気の影響は無り発射される。全長約6m、内径25.75mmの発射管を視できず、今後、真空排気系の強化が必要である。

持ち、高圧室の充填圧は最大0.9MPa（ゲージ）である。ダストカーテンを生成するため、測定室内に、図１に示す二次元漏斗状のダスト落下装置[1]を設置３．可視化結果とその考察	 図２に代表的な可視化画像を示す。球の飛行速度した。漏斗の底部には幅2mm、全長600mmのスリッは画像解析から約430m/sと見積られる。カメラの解トがあり、外部からの指令で蓋が開くと、漏斗内の像度は512X256で、撮影速度は20,000fps、露光時間粒子がシート状に落下していく。落下用のスリットは発射管の中心線と一致するように設置されており、は1μsである。図に示す２枚のスナップショット（150μs時間差）から以下のことがわかる。

銃口から出た飛翔体は、ダストカーテンを横切るよ・飛翔体通過前のダストカーテンには濃淡のパタうに進むことになる。別途実施した、側方からレーーンがあり、クラスター構造が見られる。	 

・この構造は、球がカーテン中を進行してもその前謝辞：本研究は、科学研究費補助金（基盤研究(B) No.

方で見ることができる。
・このことは、球の進行が作る擾乱がカーテン中を16H04585）の支援を受けて行われた。ここに感謝の意を表する。

伝播する速度は有限であることを示している。

参考文献	 ・このケースでは、球の飛行速度が擾乱の伝播速度[1] Masaki, C., et al., 31 ISTS, Matsuyama, 2017-e-48-s,を上回り、超音速状態になっていると思われる。
・球周りに弓状に周囲とは光の散乱状況が異なる2017. [2] Suzuki, K., 31st ISTS, Matsuyama, 2017-k-47,2017. (to be published in Transaction of JSASS,領域が存在し、球の進行とともに移動している。

Aerospace Technology Japan)・この部分は入射光を強く散乱させており、微粒子が高密度で存在していることを示唆している。
・球表面近傍では噴出ジェット状のパターンが見られており、ガラスビーズが球表面に衝突して粉砕されて微粒子になっていると予想される。
・弓状の明領域の球表面側に暗領域が存在する。暗領域には、1)光を散乱する粒子が存在しない、2)後方からの入射光を通さないほどの高濃度のダスト領域が存在する、が考えられる。別途実施したカメラと同一方向からの光入射で得られた画像との比較から、図２の暗領域はダスト領域のシルエ図１	  ダストカーテン生成機構ットであり、2)の方の可能性が高いと考えられる。・物体後方のウェイク領域では背景の粒子以外、ダストの存在が観測されない。このことは、球前方からのまわり込み、すなわち、通常の圧縮性気流で起こる膨張流れが存在しないことを意味する。
このように、ダスト粒子群の振る舞いは、通常の圧縮性流体に似ている部分と、異なる性質を持つところがある。非膨張性については、筆者らが開発している「圧縮するが膨張しない(CNE)流体」モデル[2]が適用できるのではないかと考えている。
図２の場合、ダスト粒子同士、ダストと飛翔体表面の二種類の異なる衝突が関与し、現象を複雑にしている。そこで、後者を排除するため、ダスト雲のジェットをダストカーテンに突入させる実験を行った。
このときは、サボを使用し、サボに開けた穴にダスト粒子を入れて発射し、出口に設けたサボ分離板に図２	  ダストカーテンを進行する球の画像よってダスト雲のみをジェットとして射出している。
図３は、その結果例である。ダスト雲は約170m/sでダストカーテンに衝突しているが、250μs後の画像では、その存在がぼやけている。このことは、流体における粘性のような散逸現象が存在することを示している。
	 
４．まとめ	 	  バリスティックレンジを用いてダストカーテンを物体が横切る際の様子を観察した。飛翔体前方の衝撃波に似た構造の形成、ウェイク側への膨張やまわり込みの欠如などの特徴が確認できた。今後、パラメータを変えて各種実験を行い、これらを表現し得る流体力学的モデルを構築していく予定である。

図３	  ダスト雲とダストカーテンの衝突