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高橋　裕介 (タカハシ　ユウスケ)

工学研究院　機械・宇宙航空工学部門　宇宙航空システム准教授

所属研究室

宇宙輸送工学研究室

計算流体工学研究室

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（工学）, 九州大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 40611132
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • アーク加熱風洞
  • 惑星大気再突入機
  • 高エンタルピ流
研究分野
  • フロンティア（航空・船舶）, 航空宇宙工学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2021年04月 - 現在
    北海道大学, 大学院工学研究院, 准教授
  • 2022年12月 - 2023年01月
    University of Stuttgart, Institute for Parallel and Distributed Systems, Visiting researcher, ドイツ連邦共和国
  • 2012年04月 - 2021年03月
    北海道大学, 大学院工学研究院, 助教
  • 2019年06月 - 2019年09月
    German Aerospace Center (DLR), Institute of Aerodynamics and Flow Technology, Supersonic and Hypersonic Technologies Department, Guest scientist, ドイツ連邦共和国
  • 2016年04月 - 2017年03月
    German Aerospace Center (DLR), Supersonic and Hypersonic Technologies Department of the Institute of Aerodynamics and Flow Technology, Guest scientist, ドイツ連邦共和国
  • 2011年04月 - 2012年03月
    独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 研究員
委員歴
  • 2015年04月 - 現在
    日本航空宇宙学会, 宇宙航行部門委員会委員, 学協会
  • 2013年04月 - 2019年03月
    日本機械学会 計算力学技術者資格認定事業委員会, 熱流体力学分野小委員会 1級単相流 幹事, 学協会
  • 2015年04月 - 2018年03月
    日本機械学会北海道支部流体工学懇話会, 幹事, 学協会
  • 2014年04月 - 2016年03月
    日本機械学会流体工学部門, 講習会WG委員会委員, 学協会
  • 2013年04月 - 2015年03月
    日本機械学会流体工学部門, 広報委員会委員, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2023年04月, 北海道大学, 北海道大学ディスティングイッシュトリサーチャー
    高橋裕介
  • 2021年03月, 北海道大学大学院工学研究院, 若手教員奨励賞
    高橋裕介
  • 2020年04月, 文部科学省, 令和２年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞
    大気再突入宇宙機の高速気流 とマルチフィジクスの研究
    高橋裕介
  • 2018年04月, 日本機械学会, 奨励賞（研究）
    数値流体・電磁場解析による宇宙機の再突入ブラックアウト予測の研究
    高橋裕介
  • 2018年03月, 日本機械学会宇宙工学部門, 宇宙賞
    展開型エアロシェル実験超小型衛星(EGG) チーム
  • 2016年10月, HPCI利用研究課題成果報告会, 平成27年度実施課題における「京」を含むHPCI利用研究課題優秀成果賞
    「惑星大気再突入機に対する通信ブラックアウト評価ツールの構築」
    高橋裕介
  • 2016年02月, 一般財団法人コージェネレーションエネルギー高度利用センター, 平成27年度コージェネ大賞 技術開発部門特別賞
    川崎重工業株式会社;北海道大学
■ 論文
  • Characteristics and modeling of dynamic instability in a thin aeroshell capsule with pitching oscillations in the transonic regime
    Hideto Takasawa; Shingo Matsuyama; Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada
    Acta Astronautica, 245, 565, 575, Elsevier BV, 2026年08月, ［査読有り］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Simultaneous Mitigation of Communication Blackout and Aerothermal Heating Through Film Cooling
    Takashi Miyashita; Yusuke Takahashi; Ciro Salvi; Oliver Hohn; Ali Gülhan
    AIAA Journal, 64, 6, 3116, 3126, American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 2026年06月, ［査読有り］, ［最終著者］, ［国際共著］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, The advancement of space transportation critically depends on addressing key challenges during atmospheric reentry, notably severe aerodynamic heating and radio frequency communication blackout caused by plasma formation. During reentry, high-velocity flight through the atmosphere induces extreme gas temperatures, which promote gas ionization, generating a plasma sheath that significantly attenuates electromagnetic waves. Therefore, this study investigates the effectiveness of gas film cooling as a simultaneous mitigation method for both aerodynamic heating and communication blackout. Experiments were performed in a large-scale arc-heated wind tunnel, producing high-enthalpy, weakly ionized flows representative of reentry conditions. A test model equipped with a gas injector and an onboard communication antenna was exposed to two freestream conditions: pure argon and an argon–nitrogen mixture. The pure argon flow produced a sufficiently high electron number density to reproduce a communication blackout. The addition of nitrogen reduces the electron number density in the plasma flow, thereby effectively suppressing communication blackout. Under pure argon flow, significant signal attenuation due to plasma was observed. Gas injection led to a measurable reduction in surface temperature and a marked improvement in signal strength. These findings demonstrate that gas injection offers a promising dual-purpose mitigation strategy, enhancing the safety and reliability of future atmospheric reentry missions.
  • Balloon Flight Demonstration for Deep Space Sample Return Capsule with Thin Aeroshell
    Hideto Takasawa; Yoichi Suenaga; Takashi Miyashita; Koshiro Hirata; Kaito Wakabayashi; Yusuke Takahashi; Yasunori Nagata; Kazuhiko Yamada
    Journal of Spacecraft and Rockets, 1, 9, American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 2025年08月31日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, A thin aeroshell capsule can decelerate from high altitude, which reduces aerodynamic heating, and can land without a parachute due to its low ballistic coefficient during entry, descent, and landing. However, the characteristics of its attitude are unclear, leading to capsule design issues. The Rubber Balloon Experiment for Reentry Capsule with Thin Aeroshell was conducted to confirm the stable flight of a capsule with a thin blunt nose at low speeds and demonstrate a low-cost balloon experiment with few constraints on the balloon launch. The capsule, with a mass of 1.56 kg and a diameter of 0.8 m, was released at an altitude of 25 km using a rubber balloon. The capsule experienced low-attitude oscillation and landed without becoming unstable. In balance with the air drag, the flowfield during flight had a maximum Mach number of 0.15 and Reynolds number of [Formula: see text], which is similar to the flowfield around an actual deep space sample return capsule descending at low speeds. The translational oscillation in the drag direction and rotational oscillations in pitch and yaw were dominant. The experiment suggested that the capsule of deep-space sample return capsule has the potential to undertake a dynamically stable flight in the low-speed region.
  • Fluid–structure interaction effects on attitude stability of an inflatable aerodecelerator
    Yosuke Fujita; Sanjoy Kumar Saha; Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada
    Physics of Fluids, 37, 6, AIP Publishing, 2025年06月01日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, As a new atmospheric-entry technology, the research and development of atmospheric-entry vehicles with flexible aeroshells has been rapidly expanding. A lightweight and large-area flexible aeroshell enables a low-ballistic coefficient of flight and an efficient aerodynamic deceleration, thereby reducing aerodynamic heating and communication blackouts. Aerodynamic forces deform flexible aeroshells, altering their aerodynamic characteristics. However, the manner in which the attitude characteristics change when the aeroshell undergoes significant shape deformation is not well understood. In this study, the attitude and aerodynamic characteristics of a flexible aeroshell were clarified using wind tunnel tests at a given angle of attack and corresponding fluid–structure interaction (FSI) analysis. The FSI analysis method is based on a partitioned coupling method for large-scale parallel computers that use open-source software. The FSI analytical model reasonably explained the aeroshell deformation and aerodynamic coefficient behavior, and its validity was confirmed by wind tunnel experiments. The shape deformation of the flexible aeroshell weakened its restoring motion, thus exhibiting attitude instability compared with those prior to deformation.
  • Communication blackout and aerodynamic heating reduction via air film for hypersonic spacecraft
    Takashi Miyashita; Yuji Sugihara; Yusuke Takahashi
    Journal of Applied Physics, 137, 17, AIP Publishing, 2025年05月01日, ［査読有り］, ［最終著者］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, This study investigates the use of gas jet injection to mitigate both radio frequency blackouts and aerodynamic heating experienced by spacecraft during atmospheric reentry. The key concept behind this approach is that the injected gas forms a thin air film layer around the spacecraft. This air film acts as an insulating layer, reducing heat transfer and creating a low-plasma region, allowing electromagnetic waves to propagate through the surrounding plasma of the spacecraft. To assess the effectiveness of this method, a parametric study was conducted using computational fluid dynamics simulations on an actual reentry vehicle. The results indicate that gas injection from the vehicle’s leading edge provides a localized reduction in heat flux, while injection from the sidewall forms a more extensive protective air film along the vehicle surface, significantly reducing heat flux over a broader area. Furthermore, the formation of the air film creates a low-plasma region, facilitating the transmission of electromagnetic waves. These computational findings demonstrate that simultaneous mitigation of both heat flux and radio frequency blackouts is achievable under realistic atmospheric reentry conditions. This air film effect presents a promising solution to these two major challenges, potentially enhancing the flexibility of space transfer missions.
  • ゴム気球を用いた薄殻エアロシェル大気突入カプセルの自由飛行実験: RERA-4
    吉雄忠行; 山本春佳; 鷹野颯大; 宮下竜; 三木嵩大; 宮下岳士; 玉井亮多; 高澤秀人; 末永陽一; 丹野 茉莉枝; 高橋裕介; 永田 靖典; 山田 和彦
    宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 大気球研究報告, 24, 005, 19, 33, 宇宙航空研究開発機構 (JAXA), 2025年02月28日, ［査読有り］, ［最終著者］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Spatiotemporal mode extraction for fluid–structure interaction using mode decomposition
    Yusuke Takahashi
    Journal of Sound and Vibration, 118804, 118804, Elsevier BV, 2024年11月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Mode decomposition to identify oscillation patterns of flexible aeroshell
    Sanjoy Kumar Saha; Yusuke Takahashi
    Physics of Fluids, 36, 11, AIP Publishing, 2024年11月01日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Flexible aeroshells, featuring deformable membrane surfaces supported by pressurized gas, offer a novel re-entry system for high-altitude deceleration during re-entry. The flexibility of structural components introduces unique challenges in predicting aerodynamic behavior, as deformations can significantly alter the flow field, affecting pressure distribution and potentially causing aerodynamic instabilities. Therefore, coupled analysis is crucial to ensure the performance reliability of inflatable aeroshells. This study investigates the unsteady aerodynamic behavior, considering structural deformation in a two-way partitioned coupled manner in transonic flow. The dominant deformation patterns are identified using dynamic mode decomposition and the greedy compressive sensing algorithm. The findings reveal that the primary deformation pattern combines axial deformation and swing oscillation. The dominant oscillation frequencies remain different from the eigenfrequencies, indicating that the aerodynamic force is the primary driving force of such oscillations. The time evolution of these dominant modes indicates purely oscillatory behavior rather than increasing or decreasing trends. These insights are critical for the design and reliability assessment of inflatable aeroshells in varying aerodynamic environments.
  • Aerostructural Analysis of a Deployable Aeroshell in Transonic Flow
    Sanjoy Kumar Saha; Yusuke Takahashi
    AIAA Journal, 1, 16, American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 2024年10月07日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, The deployable aeroshell, a contemporary reentry system, utilizes a thin flexible membrane surface sustained by pressurized gas to efficiently decelerate a reentry vehicle at high altitudes while enabling low-ballistic-coefficient flight. When an in-flight aerodynamic force is applied, the membrane structure undergoes large deformation that may affect its performance. Hence, a coupled analysis that considers the feedback effect of structural deformation is essential for accurately predicting the behavior of such reentry vehicles. In this study, a numerical framework for coupled aeroelastic analysis was constructed in a partitioned manner using open-source software to elucidate the combined effect of structural deformation and compressible flow dynamics and characterize the aerodynamic performance of reentry vehicles with inflatable structures. The results revealed that the membrane surface was deformed elastically by the aerodynamic force owing to the large difference in pressure distribution between the front and back of the aeroshell. Fluctuating behavior was observed in the aerodynamic coefficients owing to the small-amplitude oscillation of the capsule. This oscillation was induced by the large wake behind the vehicle. Several wrinkles and concave-shaped depressions formed on the membrane surface, which exhibited a circumferential movement tendency with time.
  • Atmospheric density estimation in very low Earth orbit based on nanosatellite measurement data using machine learning
    Tomoki Sakai; Yusuke Takahashi
    Aerospace Science and Technology, 153, 109418, 109418, Elsevier BV, 2024年10月, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Mitigation of reentry blackout via gas injection in arc-heating facility
    Takashi Miyashita; Yuji Sugihara; Yusuke Takahashi; Yasunori Nagata; Hisashi Kihara
    Journal of Physics D: Applied Physics, 57, 32, 325206, 325206, IOP Publishing, 2024年05月20日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract

    Communication blackouts during atmospheric reentry pose significant challenges to the safety and adaptability of spacecraft missions. This phenomenon, caused by the attenuation of electromagnetic waves by the plasma surrounding the spacecraft, disrupts communication with ground stations or orbiting satellites. Therefore, it is crucial to decrease the plasma density in the vicinity of the spacecraft to ensure an unobstructed electromagnetic wave communication path. This study proposes a methodology that involves the injection of gas from the vehicle’s wall to create an insulating layer near the surface. This thin layer maintains lower temperatures and reduced plasma density, enabling electromagnetic wave propagation without attenuation. Practical experiments were conducted in an arc-heating facility to simulate atmospheric reentry conditions. The results of the experiments provided empirical evidence of the effectiveness of the technique in mitigating communication blackout phenomena. Numerical fluid analysis within the wind tunnel chamber validated the formation of an air film layer near the experimental model owing to the injected gas. Schlieren imaging revealed distinctive jet shapes, which corroborated the findings of the numerical analysis. The wind tunnel tests that simulated atmospheric reentry environments confirmed the formation of an air film layer through gas injection, which substantiates the reduction in communication blackout. These results have the potential to improve communication reliability in space transport.
  • Static attitude stability of deep space sample return capsule with thin aeroshell
    Hideto Takasawa; Tomoya Fujii; Yusuke Takahashi; Takahiro Moriyoshi; Hiroki Takayanagi; Yasunori Nagata; Kazuhiko Yamada
    CEAS Space Journal, Springer Science and Business Media LLC, 2024年04月26日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Computational Study on Air Film Approach in Reentry Blackout Mitigation
    Takashi Miyashita; Hideto Takasawa; Yusuke Takahashi; Lars Steffens; Ali Gülhan
    AIAA Journal, 62, 2, 437, 448, American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 2024年02月, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Communication blackouts during the atmospheric reentry phase are a significant challenge, as flight data are lost due to interruptions caused by plasma gas generated by aerodynamic heating. This study explores a novel mitigation method using an air film, a thin insulating coolant layer on the surface. The researchers successfully reduced the reentry blackout by employing a gas injection system. Through a coupled approach using computational fluid dynamics and a frequency-dependent finite-difference time-domain method, the plasma flow properties and electromagnetic propagation were analyzed around a test model in a wind tunnel in DLR (German Aerospace Center). The numerical results indicated that the injected nitrogen gas formed an insulating air film layer on the surface. The thin layer advected backward, maintaining a low temperature without ionization, and covered the object in the wake region. The electromagnetic waves propagated and reached a distant area because the electron density was low. It means that the air film layer acted as a propagation window for the telecommunication waves. Thus, communication blackouts will be avoidable because electromagnetic waves can transmit through the air-film layer. It concluded that the air film effect, developed as a thermal protection technique, is a novel mitigation scheme for reentry blackouts.
  • ゴム気球による薄殻型深宇宙サンプルリターンカプセルの自由飛行実験: RERA-2 & RERA-3
    宮下岳士; 高澤秀人; 玉井亮多; 平田耕志郎; 若林海人; 吉雄忠行; 山本春佳; 丹野茉莉枝; 高橋裕介; 永田靖典; 山田和彦
    宇宙航空研究開発機構研究開発報告: 大気球研究報告, JAXA-RR-23-003, 59, 75, 2024年02月, ［査読有り］, ［最終著者］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Dynamic instability modeling on phase plane for thin aeroshell capsule with pitching motion at transonic speed
    Hideto TAKASAWA; Tomoya FUJII; Koshiro HIRATA; Takahiro MORIYOSHI; Yusuke TAKAHASHI; Yasunori NAGATA; Kazuhiko YAMADA
    Mechanical Engineering Journal, 11, 3, 24-00053, Japan Society of Mechanical Engineers, 2024年, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical investigation of surface catalytic effect on the plasma sheath of a hypersonic re-entry capsule
    Yu Minghao; Qiu Zeyang; Yusuke Takahashi
    Physics of Fluids, 35, 5, AIP Publishing, 2023年05月01日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Radio frequency blackout indicates the communication interruption between signal monitoring sites and re-entry vehicles; it is a serious threat to the safety of astronauts and the space exploration missions. In this study, a surface catalytic model coupled with a thermochemical non-equilibrium computational fluid dynamic model is developed to study the catalytic wall effect on the plasma sheath of a hypersonic re-entry vehicle. The mechanism of the surface catalytic effect on the plasma sheath of a re-entry capsule is revealed by a comparative study. The flow-field characteristics simulated under conditions of the full-catalytic and non-catalytic walls are compared and discussed for the hypersonic atmospheric re-entry capsule at different altitudes. The chemical and physical mechanisms behind the surface catalytic effect of the re-entry capsule are analyzed. The experimental data of Radio Attenuation Measurement-C-II are used to validate the numerical model established in the present study. It is found that the numerical results simulated with the fully catalytic wall are more consistent with the experimental data. Near the capsule wall, the mole fractions of the species N, O, N+, and O+ decrease as the catalytic recombination coefficient increases. Because of the surface catalytic effect, the communication black is mitigated due to the reduction of the electron number density in the wake zone of the capsule.
  • ゴム気球を利用した新型大気圏突入カプセルの低速領域の自由飛行試験
    高澤秀人; 末永陽一; 宮下岳士; 平田耕史郎; 若林海人; 高橋裕介; 永田靖典; 山田和彦
    JAXA Research and Development Report, JAXA-RR-22-008, 37, 50, 2023年02月, ［査読有り］, ［最終著者］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Fluid-structure interaction characteristics of inflatable reentry aeroshell at subsonic speed
    Sanjoy Kumar Saha; Junki Tobari; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Takahiro Moriyoshi; Kazuhiko Yamada; Ryoichi Shibata
    Aerospace Science and Technology, 133, 108112, 108112, Elsevier BV, 2023年02月, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical simulation of thermochemical non-equilibrium flow-field characteristics around a hypersonic atmospheric reentry vehicle
    Minghao Yu; Zeyang Qiu; Bowen Zhong; Yusuke Takahashi
    Physics of Fluids, 34, 12, 126103, 126103, AIP Publishing, 2022年12月, ［査読有り］, ［国際共著］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, A multi-physics thermochemical non-equilibrium model is established to study the flow characteristics of the plasma sheath around an atmospheric reentry demonstrator. This model includes the tight coupling of Navier–Stokes equations, 54 chemical reactions of air, and a four-temperature model. The processes of dissociation, ionization, and the internal energy exchanges of air components were successfully simulated during aerodynamic heating of the reentry vehicle. The distributions of plasma sheath temperature, the molar fraction of air species, stagnation pressure, surface pressure, and electron number density around the reentry vehicle were obtained at different flight altitudes. Additionally, to validate the numerical model developed in this study, the flow characteristics of the Radio Attenuation Measurement-C-II (RAM-C-II) vehicle are also simulated and then compared with corresponding experimental data. They show good consistency in general. It is found that when the vehicle is at a high flight altitude, there is a strong thermochemical non-equilibrium phenomenon around the vehicle. However, the plasma sheath tends to be in local thermal equilibrium at a low flight altitude. The distance from the shock layer to the stagnation point decreases with a decrease in reentry altitude from 90 to 65 km but increases with a decrease from 65 to 40 km. The electron number density in the shock layer is maximum. The distribution of the electron number density in the wake region differs significantly at different flight altitudes.
  • Propagation Path of Radio Waves in Nonequilibrium Reentry Plasma Around a Nanosatellite With an Inflatable Aeroshell
    Yusuke Takahashi
    IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 58, 5, 4070, 4082, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2022年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Trajectory reconstruction for nanosatellite in very low Earth orbit using machine learning
    Yusuke Takahashi; Masahiro Saito; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    Acta Astronautica, 194, 301, 308, Elsevier BV, 2022年05月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Nonequilibrium Shock Layer in Large-Scale Arc-Heated Wind Tunnel
    Yusuke Takahashi; Hideto Takasawa; Kazuhiko Yamada; Takayuki Shimoda
    Journal of Physics D: Applied Physics, 55, 23, 235205, 235205, IOP Publishing, 2022年03月02日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract
    An arc-heated wind tunnel is one of the most important facilities to reproduce the high-temperature environment during atmospheric entry for plasma studies and spacecraft development. However, the properties of the plasma flow cannot be determined easily, because of the complex physical phenomena, such as arc discharge and supersonic expansion, occurring inside the tunnel. The shock-layer structure should be clarified to evaluate the aerodynamic characteristics, communication conditions, and thermal- protection performance in a high-temperature environment. In this study, shock-layer spectroscopic measurements of a plasma flow in a 1 MW-class arc-heated wind tunnel were performed. The γ-band system spectra of nitric oxide (NO) molecules in the ultraviolet region were measured, and the rotational temperature was determined via spectral fitting through comparison with numerical spectra. The rotational temperature of the NO molecules in the shock layer was 6,620±350 K, whereas that in the free jet was much lower at 770±60 K. This difference is attributed to the increase in translational temperature by flow stagnation across the shock wave, followed by the increase in rotational temperature owing to energy relaxation. A computational science approach revealed the detailed structure of the flow through comparisons with the spectroscopic measurement data. The wind tunnel flow became hypersonic with high temperature and low pressure due to the expansion and acceleration at the nozzle and test chamber. Although the temperature increased across the shock wave, the chemical reaction progressed slowly owing to the low-pressure environment. The rotational temperature in the shock layer increased with the translational temperature; this agrees with the trend of the measurement results. The arc-heated flow was found to be in strong thermo- chemical nonequilibrium in the shock layer. Through this study, a detailed structure of arc-heated flow was revealed and its methodology was also proposed.
  • Multiphysics Mathematical Modeling and Flow Field Analysis of an Inflatable Membrane Aeroshell in Suborbital Reentry
    Minghao Yu; Zeyang Qiu; Bo Lv; Yusuke Takahash
    Mathematics, 10, 5, 832, 846, 2022年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Experimental demonstration and mechanism of mitigating reentry blackout via surface catalysis effects
    Hideto Takasawa; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Hisashi Kihara
    Journal of Physics D: Applied Physics, 54, 22, 225201, 225201, 2021年03月08日, ［査読有り］, ［最終著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Fluid-Structure Interaction Analysis for Martian Exploration Parafoil with Deployable Structure by Coupling Library Precice
    K. Ishida; J. Tobari; Y. Takahashi; N. Oshima; R. Shibata
    14th WCCM-ECCOMAS Congress, CIMNE, 2021年, ［査読有り］
    研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Flow Enthalpy of Nonequilibrium Plasma in 1 MW Arc-Heated Wind Tunnel
    Yusuke Takahashi; Naoya Enoki; Taiki Koike; Mayuko Tanaka; Kazuhiko Yamada; Takayuki Shimoda
    AIAA Journal, 59, 1, 263, 275, 2021年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamic instability of an inflatable aeroshell in suborbital re-entry
    Yusuke Takahashi; Tatsushi Ohashi; Nobuyuki Oshima; Yasunori Nagata; Kazuhiko Yamada
    Physics of Fluids, 32, 7, 075114, 075114, 2020年07月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Surface catalysis effects on mitigation of radio frequency blackout in orbital reentry
    Yusuke Takahashi, Naoya Enoki, Hideto Takasawa, Nobuyuki Oshima,
    Journal of Physics D: Applied Physics, 53, 23, 235203, 235203, 2020年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamics of inflatable nano-satellite “EGG” in low earth orbit and reentry duration
    Naoya Enoki; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada; Kojiro Suzuki
    AIP Conference Proceedings, 2132, 100002, 2019年08月05日, ［査読有り］, ［責任著者］, ［国際誌］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Aerothermodynamic Analysis for Deformed Membrane of Inflatable Aeroshell in Orbital Reentry Mission
    Yusuke Takahashi; Taiki Koike; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    Aerospace Science and Technology, 92, 858, 868, 2019年, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Drag Behavior of an Inflatable Reentry Vehicle in the Transonic Regime
    Yusuke Takahashi; Manabu Matsunaga; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    Journal of Spacecraft and Rockets, 56, 2, 577, 585, 2019年, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 10 kW 級 ICP 加熱器により生成された空気プラズマ気流の発光分光による気流特性調査
    田中真由子; 山田和彦; 高橋裕介; Yu Minghao; 手塚亜聖
    日本航空宇宙学会論文集, 67, 2, 42, 48, 2019年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • 「はやぶさ」サンプルリターンカプセルの実験的背面加熱率推定
    福田泰久; 荒谷貴洋; 高橋裕介; 山田和彦; 小柳潤
    航空宇宙技術, 18, 127, 131, 2019年, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamic heating of inflatable aeroshell in orbital reentry
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada
    Acta Astronautica, 152, 437, 448, 2018年11月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamic instability of flare-type membrane inflatable vehicle in suborbital reentry demonstration
    Tatsushi Ohashi; Yusuke Takahashi; Hiroshi Terashima; Nobuyuki Oshima
    Journal of Fluid Science and Technology, 13, 3, JFST0020, JFST0020, 2018年10月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamic-heating analysis of sample-return capsule in future trojan-asteroid exploration
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada
    Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 32, 3, 547, 559, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., 2018年, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Reentry blackout prediction for atmospheric reentry demonstrator mission considering uncertainty in chemical reaction rate model
    Minseok Jung; Hisashi Kihara; Ken-Ichi Abe; Yusuke Takahashi
    Physics of Plasmas, 25, 1, 013507, American Institute of Physics Inc., 2018年01月01日, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 柔軟エアロシェル大気圏突入機の空力加熱解析
    高橋裕介; 松永学; 大島伸行; 山田和彦
    日本航空宇宙学会誌（特集）, 65, 12, 370, 376, 2017年12月, ［査読有り］
    日本語, 研究論文（学術雑誌）
  • Plasma flow modeling for Huels-type arc heater with turbulent diffusion
    Yusuke Takahashi; Burkard Esser; Lars Steffens; Ali Guelhan
    PHYSICS OF PLASMAS, 24, 12, 123509, 2017年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際共著］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Methods for Determining Nozzle-Throat-Erosion History in Hybrid Rockets
    Landon Kamps; Yuji Saito; Ryosuke Kawabata; Masashi Wakita; Tsuyoshi Totani; Yusuke Takahashi; Harunori Nagata
    Journal of Propulsion and Power, 33, 6, 1369, 1377, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2017年11月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • 大気圏突入用展開型柔軟エアロシェルの研究開発とフライト実証試験
    山田和彦; 鈴木宏二郎; 安部隆士; 秋田大輔; 今村宰; 永田靖典; 高橋裕介
    日本航空宇宙学会誌（特集）, 65, 11, 333, 340, 一般社団法人 日本航空宇宙学会, 2017年11月, ［査読有り］
    日本語,

    展開型柔軟エアロシェルは，将来の革新的な大気圏突入システムとして期待されている．我々のグループでは，カプセル形状の本体の周りに取り付けられる円錐形状の薄膜フレアと，その外周に取り付けられたガス圧で展開し形状を維持するインフレータブルリングで構成される，薄膜フレア型の展開型柔軟エアロシェルに注目して研究開発を進めてきた．本技術に対する我々の研究開発活動の特徴は，大気球実験，観測ロケット実験，国際宇宙ステーション/「きぼう」からの超小型衛星の放出機会など，各種フライト機会を利用し，その都度，フライト実験機を開発し，実際に飛行させることで，各要素技術のフライト環境での実証や大気圏突入システムとしての機能検証を行ってきた点にある．本稿では，展開型大気圏突入機の研究開発の紹介とともに，我々がこれまでに行ってきた各種フライト試験の概要について紹介する．

  • Aerodecelerator Performance of Flare-Type Membrane Inflatable Vehicle in Suborbital Reentry
    Yusuke Takahashi; Dongheun Ha; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe; Kojiro Suzuki
    JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, 54, 5, 993, 1004, 2017年09月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical simulation of plasma flows and radio-frequency blackout in atmospheric reentry demonstrator mission
    Minseok Jung; Minseok Jung; Hisashi Kihara; Hisashi Kihara; Ken Ichi Abe; Ken Ichi Abe; Yusuke Takahashi
    47th AIAA Fluid Dynamics Conference, 2017, 2017年01月01日, ［査読有り］
  • LARGE-EDDY SIMULATION WITH A NEW FLAMELET MODEL FOR PARTIALLY PREMIXED COMBUSTION IN A GAS-TURBINE COMBUSTOR
    Keisuke Tanaka; Tomonari Sato; Nobuyuki Oshima; Jiun Kim; Yusuke Takahashi; Yasunori Iwai
    PROCEEDINGS OF THE ASME POWER CONFERENCE JOINT WITH ICOPE-17, 2017, VOL 1, 2017年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Flow-field differences and electromagnetic-field properties of air and N-2 inductively coupled plasmas
    Minghao Yu; Kazuhiko Yamada; Yusuke Takahashi; Kai Liu; Tong Zhao
    PHYSICS OF PLASMAS, 23, 12, 123523, 2016年12月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical analysis on the effect of angle of attack on evaluating radio-frequency blackout in atmospheric reentry
    Minseok Jung; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Yusuke Takahashi
    JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY, 68, 11, 1295, 1306, 2016年06月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Analysis of Radio Frequency Blackout for a Blunt-Body Capsule in Atmospheric Reentry Missions
    Yusuke Takahashi; Reo Nakasato; Nobuyuki Oshima
    Aerospace, 3, 1, 2, 2, 2016年01月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Advanced validation of CFD-FDTD combined method using highly applicable solver for reentry blackout prediction
    Yusuke Takahashi
    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS, 49, 1, 015201, 2016年01月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Aerodynamic Heating Around Flare-Type Membrane Inflatable Vehicle in Suborbital Reentry Demonstration Flight
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe; Kojiro Suzuki
    JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, 52, 6, 1530, 1541, 2015年11月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Thermochemical Nonequilibriu.m 2D Modeling of Nitrogen Inductively Coupled Plasma Flow
    Yu Minghao; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe; Satoshi Miyatani
    PLASMA SCIENCE & TECHNOLOGY, 17, 9, 749, 760, 2015年09月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Computation and analysis of the electron transport properties for nitrogen and air inductively-coupled plasmas
    Minghao Yu; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Yusuke Takahashi
    JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY, 66, 12, 1833, 1840, 2015年06月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Accuracy verification of the turbulent flame les model by a methane/air burner flame
    Murase Kagenobu; Oshima Nobuyuki; Takahashi Yusuke
    ASME/JSME/KSME 2015 Joint Fluids Engineering Conference, AJKFluids 2015, 1A, American Society of Mechanical Engineers, 2015年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Numerical study of plasma flow around a reentry vehicle during atmospheric reentry with an unstructured grid solver
    Reo Nakasato; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima
    ASME/JSME/KSME 2015 Joint Fluids Engineering Conference, AJKFluids 2015, 1A, American Society of Mechanical Engineers, 2015年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Aerodynamic Simulation of Inflatable Re-Entry Vehicle Performance in Low Speed Wind Tunnel
    Dongheun HA; Yusuke TAKAHASHI; Kazuhiko YAMADA; Takashi ABE
    Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, 12, ists29, Po_2_57, Po_2_62, THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, 2014年12月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）, An inflatable re-entry vehicle is a candidate for future re-entry systems. Owing to the large area and configuration of the vehicle, it can afford a few advantages during the re-entry, descent, and landing approach, such as a decrease of aerodynamic heating and soft landing without requiring a parachute system. To investigate aerodynamic characteristics of inflatable reentry vehicle at low-Mach-number flight, wind tunnel tests were performed in JAXA Low-Speed-Wind tunnel. In this research, we investigated aerodynamic characteristics of 2 types of inflatable reentry vehicle, SMAAC and TITANS, at a low-Mach-number by using numerical simulation. Through the flow field simulation, it was indicated that the computed result of drag coefficient shows reasonable agreement with the experimental one. In the case of TITANS, the computed results showed good agreements compared with experimental results though it was confirmed that a blockage effect was observed.
  • Prediction Performance of Blackout and Plasma Attenuation in Atmospheric Reentry Demonstrator Mission
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, 51, 6, 1954, 1964, 2014年11月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical Investigation of Flow Fields in Inductively Coupled Plasma Wind Tunnels
    Yu Minghao; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    PLASMA SCIENCE & TECHNOLOGY, 16, 10, 930, 940, 2014年10月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Improvement of a Three-Band Radiation Model for Application to Chemical Nonequilibrium Flows
    Naoya Hirata; Masataka Yamada; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Yusuke Takahashi
    Journal of Thermophysics and Heat Trasnfer,, 28, 4, 709, 803, 2014年10月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Examination of Radio Frequency Blackout for an Inflatable Vehicle During Atmospheric Reentry
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, 51, 2, 430, 441, 2014年03月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Advanced Validation of Nonequilibrium Plasma Flow Simulation for Arc-Heated Wind Tunnels
    Yusuke Takahashi; Takashi Abe; Hiroki Takayanagi; Masahito Mizuno; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER, 28, 1, 9, 17, 2014年01月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical simulation of flow field around an inatable vehicle during a reentry demonstration flight
    Dongheun Ha; Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., 2014年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • LARGE-EDDY SIMULATION OF TRANSIENT BEHAVIOR IN A COMBUSTION FIELD FOR GAS-TURBINE ENGINE
    Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Yasunori Iwai
    11TH WORLD CONGRESS ON COMPUTATIONAL MECHANICS; 5TH EUROPEAN CONFERENCE ON COMPUTATIONAL MECHANICS; 6TH EUROPEAN CONFERENCE ON COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS, VOLS V - VI, 5792, 5803, 2014年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Numerical Simulation of Nonequilibrium Inductive Plasma Flow Coupled with Electromagnetic Field Calculation
    Minghao Yu; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    PROCEEDINGS OF THE 29TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RAREFIED GAS DYNAMICS, 1628, 1124, 1131, 2014年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Numerical prediction of test flow conditions for low density high enthalpy flow in an expansion tube facility
    Takanori Akahori; Katsumi Hiraoka; Yusuke Takahashi; Yasunori Nagata; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 2013, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., 2013年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Aerodynamic heating around an inflatable vehicle during a reentry demonstration flight by a sounding rocket
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe; Kojiro Suzuki
    AIAA Aerodynamic Decelerator Systems (ADS) Conference 2013, 2013年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Improvement of Potential Drop Predictions for Plasma Wind Tunnels by Cathode Sheath
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER, 26, 3, 540, 544, 2012年07月, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Nonequilibrium plasma flow properties in arc-heated wind tunnels
    Yusuke Takahashi; Yusuke Takahashi; Takashi Abe; Takashi Abe; Hiroki Takayanagi; Hiroki Takayanagi; Masahito Mizuno; Masahito Mizuno; Hisashi Kihara; Hisashi Kihara; Ken Ichi Abe; Ken Ichi Abe
    50th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2012年06月20日, ［査読有り］
  • Numerical study of pyrolysis gas flow and heat transfer inside an ablator
    N. Hirata; S. Nozawa; Y. Takahashi; H. Kihara; K. Abe
    Computational Thermal Sciences, 4, 3, 225, 242, 2012年, ［査読有り］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Radio frequency blackout possibility for an inflatable reentry vehicle
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    42nd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit 2012, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., 2012年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
  • Turbulence and radiation behaviours in large-scale arc heaters
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS, 44, 8, 085203, 2011年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical simulation of flow fields in large-scale segmented-type arc heaters
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken Ichi Abe
    27th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences 2010, ICAS 2010, 2, 1470, 1479, 2010年12月01日, ［査読有り］
  • The effects of radiative heat transfer in arc-heated nonequilibrium flow simulation
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS, 43, 18, 185201, 2010年05月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical Investigation of Nonequilibrium Plasma Flows in Constrictor- and Segmented-Type Arc Heaters
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER, 24, 1, 31, 39, 2010年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
    英語, 研究論文（学術雑誌）
  • Numerical Investigation of Thermochemical Nonequililbrium Flow Field in a 20kW Arc Heater Coupled with Electric Field Calculation
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    RAREFIED GAS DYNAMICS, 1084, 883, 888, 2009年
    英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Encyclopedia of Plasma Technology
    Yusuke Takahashi, Arc-Heated Wind Tunnel
    CRC Press, Taylor & Francis Group, 2017年02月, 146650059X, 1728, 英語, ［分担執筆］
■ 講演・口頭発表等
  • Study on Mitigation of Reentry Blackout by Surface Catalysis Effects in Arc-Heated Wind Tunnel
    Hideto Takasawa; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Hisashi Kihara
    Aerospace Europe Conference 2020,, 2020年02月, 英語, 口頭発表（一般）
    2020年02月25日 - 2020年02月28日, Bordeaux, フランス共和国
  • 再突入ブラックアウト低減化に向けた数値的研究
    高橋裕介
    日本学術会議第9回計算力学シンポジウム, 2019年12月11日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    2019年12月11日 - 2019年12月11日, ［招待講演］
  • Numerical Analysis of Aerodynamic Instability for HAYABUSA Type Reentry Capsule
    Toru TSURUMOTO; Yusuke TAKAHASHI; Hiroshi TERASHIMA; Nobuyuki OSHIMA
    8TH EUROPEAN CONFERENCE FOR AERONAUTICS AND SPACE SCIENCES (EUCASS), 2019年07月01日, 英語, 口頭発表（一般）
    2019年07月01日 - 2019年07月04日, Madrid, スペイン
  • Aerodynamics of Inflatable Nano-Satellite “EGG” in Low Earth Orbit and Reentry Duration
    Naoya Enoki; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada; Kojiro Suzuki
    31st Internal Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 2018年07月23日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • 大気再突入時における宇宙機の空力・空力加熱について
    高橋裕介; 小池太輝
    北海道大学-JAXA連携企画講演会・HASTIC学術技術講演会, 2018年03月07日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    2018年03月07日 - 2018年03月07日, ［招待講演］
  • Aerodynamic heating prediction of flare-type membrane inflatable reentry vehicle from low earth orbit
    Taiki Koike; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, 2018, 2018年, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA, 英語
    2018年 - 2018年, Aerodynamic heating around a flare-type membrane inflatable vehicle during Earth atmospheric reentry was investigated using numerical simulation approach. This vehicle, which is mainly composed of the capsule, membrane aeroshell and inflatable torus, has been developed by the Membrane Aeroshell for Atmospheric-entry Capsule (MAAC) group as a one of the innovative reentry systems. Analysis solver for reentry flows around the vehicle was RG-FaSTAR, which is a branch version of JAXA fast aerodynamic routine (FaSTAR). In addition, structure analysis solver also was used for membrane deformation in a loosely-coupled manner with the flow field. In the present research, the effects of angle of attack (AoA) and membrane aeroshell deformation on aerodynamic heating were investigated. The numerical results showed that heat flux distribution drastically varies with the increase in AoA because of changes of flow field, and heat flux value at the stagnation point for case of AoA of 40 degree was 3.09 times as high as that for 0 degree. Moreover, the deformed shapes for case of AoA of 0 and 40 degrees were calculated in the way which the pressure distributions obtained using initial (undeformed) shape were given as the aerodynamic force. The difference of heat fluxes between the deformed and initial shapes on the head capsule part was remarkable as 188.8% for case of AoA of 0 degree. On the other hand, it was indicated that membrane deformation for case of AoA of 40 degree insignificantly affects the peak heat flux value on the inflatable torus such as the case of the AoA of 0 degree.
  • Aerodynamic Heating Prediction of Flare-type Membrane Inflatable Reentry Vehicle from Low Earth Orbit
    Taiki Koike; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    2018 AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, AIAA SciTech Forum, 2018年01月, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Aerodynamic Instability of Flare-type Membrane Inflatable Vehicle in Suborbital Reentry Demonstration
    Tatsushi OHASHI; Manabu MATSUNAGA; Yusuke TAKAHASHI; Hiroshi TERASHIMA; Nobuyuki OSHIMA
    The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9), 2017年10月27日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Prediction of electromagnetic waves around an inflatable reentry vehicle in an atmospheric reentry mission
    Naoya ENOKI; Manabu MATSUNAGA; Yusuke TAKAHASHI; Hiroshi TERASHIMA; Nobuyuki OSHIMA; Kazuhiko YAMADA; Kojiro SUZUKI
    The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9), 2017年10月27日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Large-Eddy Simulation with a New Flamelet Model for Partially Premixed Combustion in a Gas-Turbine Combustor
    Keisuke Tanaka; Tomonari Sato; Nobuyuki Oshima; Jiun Kim; Yusuke Takahashi; Yasunori Iwai
    the ASME 2017 Power and Energy Conference, 2017年06月26日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Simulation of Plasma Flows and Radio-Frequency Blackout in Atmospheric Reentry Demonstrator Mission
    Minseok Jung; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Yusuke Takahashi
    47th AIAA Fluid Dynamics Conference, AIAA AVIATION Forum, 2017年06月05日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Aerodynamic Heating Prediction of an Inflatable Reentry Vehicle in a Hypersonic Wind Tunnel
    Manabu Matsunaga; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2017年01月09日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Aerodynamic heating prediction of an inflatable reentry vehicle in a hypersonic wind tunnel
    Manabu Matsunaga; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    AIAA SciTech Forum - 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2017年, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc., 英語
    2017年 - 2017年, Aerodynamic heating around an inflatable reentry vehicle was investigated using hypersonic wind tunnel and numerical approach. The inflatable reentry vehicle is mainly composed of the capsule, membrane aeroshell (rigid in the wind tunnel), and inflatable torus. Basic configuration of the reentry vehicle (HWT-MAAC) is a scaled-down model of SMAAC, which was used in demonstration mission with JAXA / ISAS S-310-41 sounding rocket. Spherical cap of the SMAAC model was replaced by blunt top. Freestream condition of Mach number of 10, reservoir pressure of 2.5 MPa, and reservoir temperature of 950 K was used in the hypersonic wind tunnel test. Heat flux distribution on the surface and density gradient around the HWT-MAAC were measured by infrared thermography and Schliren photograph techniques, respectively. It was found that heat flux distribution widely varies according to angle of attack of the vehicle and a recirculation region near the membrane aeroshell section of the vehicle can appear at high angle of attack. Flow field was also numerically simulated with computational fluid dynamics approach. Analysis solver used here in was RG-FaSTAR, which is a version of JAXA fast aerodynamic routine (FaSTAR). Structures of shock layer and expansion region around HWT-MAAC was discussed through the analysis approach and the wind tunnel results.
  • NUMERICAL INVESTIGATION OF ABLATION EFFECT ON AERODYNAMIC HEATING FOR HIGH VELOCITY REENTRY CAPSULE
    Manabu Matsunaga; Takahiro Sasaki; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima
    The 27th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP27), 2016年09月20日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • NUMERICAL ANALYSIS OF RADIO FREQUENCY BLACKOUT FOR ATMOSPHERIC REENTRY VEHICLE USING CFD-CEM COMBINED METHOD
    Yusuke Takahashi; Reo Nakasato; Nobuyuki Oshima
    VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS Congress 2016), 2016年06月05日, 英語, 口頭発表（一般）
    Crete Island, Greece, ［国際会議］
  • Numerical analysis of radio frequency blackout for atmospheric reentry vehicle using CFD-CEM combined method
    Yusuke Takahashi; Reo Nakasato; Nobuyuki Oshima
    ECCOMAS Congress 2016 - Proceedings of the 7th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, 2016年, National Technical University of Athens, 英語
    2016年 - 2016年, Numerical simulations of electromagnetic waves around the atmospheric reentry demonstrator (ARD) of the European Space Agency (ESA) in an atmospheric reentry mission were conducted with a combined method of computational fluid dynamics (CFD) and computational electromagnetics (CEM). During the reentry mission, radio frequency blackout and plasma attenuation of radio waves in communications with a data-relay satellite were observed. Cut-off of waves propagation was caused by highly dense plasma formed by a strong shock wave formed in front of the vehicle due to orbital speed. In this study, the physical properties of the plasma flow in the shock layer and wake region of the ESA ARD were obtained using a high-enthalpy flow solver applicable unstructured grids. Moreover, electromagnetic waves were calculated using a frequency-dependent finite-difference time-domain method using the plasma properties. The present analysis model was validated based on experimental flight data of ESA ARD. Comparisons of the measured and predicted results showed good agreements. Attenuation and reflection by reentry plasma were clarified in detail using the present model. It was suggested that the analysis model could be an effective tool for investigating radio frequency blackout and plasma attenuation in radio wave communication. Behaviors of plasma and electromagnetic waves around ESA ARD for several altitudes were investigated using the proposed model in detail.
  • Development of Analysis Tools for Space Vehicle in Atmospheric Reentry Mission
    Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima
    Korea-Japan CFD Workshop 2015, 2015年12月16日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Numerical Investigation of Turbulent Combustion Flow in Industrial Combustor with Flamelet Approach
    Tenshi Sasaki; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Yasunori Iwai
    International Conference on Power Engineering-15 (ICOPE-15), 2015年11月30日, 英語, 口頭発表（一般）
    Yokohama, Japan, ［国際会議］
  • Accuracy Verification of the Turbulent Flame LES Model by a Methane/Air Burner Flame
    Kagenobu Murase; Nobuyuki Oshima; Yusuke Takahashi
    ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015, 2015年07月26日, 英語, 口頭発表（一般）
    Seoul, Korea, ［国際会議］
  • Aerodynamic Simulation of Closed-Canopy-Type Parafoil for Martian Exploration Mission
    Daiki Harada; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Kazuhiko Yamada
    ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015, 2015年07月26日, 英語, 口頭発表（一般）
    Seoul, Korea, ［国際会議］
  • Numerical Study of Plasma Flow around a Reentry Vehicle during Atmospheric Reentry with an Unstructured Grid Solver
    Reo Nakasato; Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima
    ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015, 2015年07月26日, 英語, 口頭発表（一般）
    Seoul, Korea, ［国際会議］
  • Large-Eddy Simulation of Transient Behavior in a Combustion Field for Gas-Turbine Engine
    Yusuke Takahashi; Nobuyuki Oshima; Yasunori Iwai
    WCCM XI-ECCM V-ECFD VI, 2014年07月20日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Simulation of Flow Field around an Inflatable Vehicle during a Reentry Demonstration Flight
    Dongheun Ha; Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    AIAA-2014-3283, 2014年06月16日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Investigation of Flow Fields in Inductively Coupled Plasma Wind Tunnel
    Minghao Yu; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    4th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow, 2013年06月03日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Aerodynamic Simulation of an Inflatable Re-Entry Vehicle Performance in Low Speed Wind Tunnel
    Dongheun Ha; Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    29th International Symposium on Space Technology and Science, 2013年06月02日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Aerodynamic Heating around an Inflatable Vehicle during a Reentry Demonstration Flight by a Sounding Rocket
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe; Kojiro Suzuki
    AIAA-2013-1303, 2013年03月25日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Evaluation of Nonequilibrium Plasma Flow in 1kW Class Arc Thruster
    Minghao YU; Yusuke TAKAHASHI; Ken-ichi ABE; Hisashi KIHARA
    5th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials, 2013年01月28日, 英語, ポスター発表
    ［国際会議］
  • Numerical Prediction of Test Flow Conditions for Low Density High Enthalpy Flow in an Expansion Tube Facility
    Takanori Akahori; Katsumi Haraoka; Yusuke Takahashi; Yasunori Nagata; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    AIAA-2013-1005, 2013年01月07日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Validation of the Scale Effect for the Electrodynamic Interaction of a Magnetized Body in a Weakly-ionized Flow
    Morimasa Hattori; Aseu Tezuka; Hitoshi Makino; Yasunori Nagata; Yusuke Takahashi; Takashi Abe
    AIAA-2012-2738, 2012年06月25日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Radio Frequency Blackout Possibility for an Inflatable Reentry Vehicle
    Yusuke Takahashi; Kazuhiko Yamada; Takashi Abe
    AIAA-2012-3110, 2012年06月25日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Nonequilibrium Plasma Flow Properties in Arc-Heated Wind Tunnels
    Yusuke Takahashi; Takashi Abe; Hiroki Takayanagi; Masahito Mizuno; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    AIAA-2012-1240, 2012年01月09日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Study of Pyrolysis Gas Flow and Heat Transfer inside an Ablator
    Naoya Hirata; Sohei Nozawa; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    the Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow, 2011年09月, 英語
    ［国際会議］
  • Numerical Simulation of Flow Field and Heat Transfer around HAYABUSA Reentry Capsule
    Masataka Yamada; Yohei Matsuda; Naoya Hirata; Sohei Nozawa; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    the 28th International Symposium on Space Technology and Science, 2011年06月05日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Simulation of Flow Fields in Large-Scale Segmented-Type Arc Heaters
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    27th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 2010年09月19日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Investigation of Thermal Response of Ablator Exposed to Thermochemical Nonequilibrium Flow’
    Tadashi Kanzaka; Sohey Nozawa; Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    The 6th Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science, 2009年11月15日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Investigation of Thermochemical Nonequilibrium Flow Field in a 20kW Arc Heater Coupled with Electric Field Calculation
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    26th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 2008年07月21日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Numerical Simulation of Plasma Flows in a 20kW Arc-Heated Wind Tunnel Using Multi-Temperature Model
    Yusuke Takahashi; Hisashi Kihara; Ken-ichi Abe
    Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics in conjunction with Eleventh International Conference on Enhancement and Promotion of Computational Methods in Engineering and Science (APCOM’07-EPMESC XI), 2007年12月03日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
■ 主な担当授業
  • 流体工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大気突入機設計特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 宇宙探査工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 流体工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 大気突入機設計特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 宇宙探査工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 計測工学実験, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 機械工学概論, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 柔軟構造大気突入機の動的不安定における流体構造連成
    科学研究費助成事業
    2024年04月01日 - 2028年03月31日
    高橋 裕介; 山田 和彦; 永田 靖典
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K01072
  • 展開型柔軟エアロシェル投棄による抗力変調エアロキャプチャ技術の研究と実飛行試験
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2027年03月31日
    山田 和彦; 永田 靖典; 高橋 裕介; 中尾 達郎; 高柳 大樹; 佐藤 泰貴
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 23H00212
  • 植物空力予測のためのデジタルプラットフォームの構築
    2025年度 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)公募型共同研究課題
    2025年04月 - 2026年03月
    高橋裕介; 武田量; 中島大賢; 友部遼; 前田将輝
    一般財団法人 高度情報科学技術研究機構, 北海道大学, jh250024
  • 植物空力予測のためのデジタルプラットフォームの構築
    2024年度 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)公募型共同研究課題
    2024年04月 - 2025年03月
    高橋裕介; 武田量; 中島大賢; 友部遼; 前田将輝; Sanjoy Kumar Saha
    一般財団法人 高度情報科学技術研究機構, 北海道大学, jh240047
  • 流体-構造連成解析を基にした大動脈解離シミュレーション手法の発展
    2024年度 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)公募型共同研究課題
    2024年04月 - 2025年03月
    武田量; 佐々木克彦; 大島伸行; 横山博一; 黒田明慈; 柴田良一; 高橋裕介; 髙嶋英厳; 李辰宇
    一般財団法人 高度情報科学技術研究機構, 北海道大学, jh240082
  • 超小型惑星探査機の実現にむけた展開型エアロシェル技術の先進的応用に関する研究
    科学研究費助成事業
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    山田 和彦; 永田 靖典; 高橋 裕介; 佐藤 泰貴
    本研究課題は、新しい大気圏突入技術として注目されている展開型柔軟エアロシェル技術をさらに進化させて、新たな応用範囲を切り開くことを目的としている。特に、１）大気圏突入中に展開エアロシェルを切り離すことで、探査機を惑星周回軌道投入を実現できる抗力変調型のエアロキャプチャ技術と、２）超軽量で、シンプルかつロバストな展開型エアロシェルが実現できる可能性があるSMA（形状記憶合金）型の展開エアロシェル技術に取り組んでいる。
    2021年度の最も重要な成果は2021年12月に実施した極超音速風洞試験である。上記の1),2)の両テーマともに、2020年度に実施した極超音速風洞試験の結果を踏まえて改良した模型や試験システムを用いて、JAXA調布のΦ1.27m極超音速風洞にて風洞試験を実施した。1)の抗力変調型のエアロキャプチャに関しては、６分力測定、及び、画像計測系を改善し、エアロシェル分離時の挙動をより詳細に測定することに成功した。また、エアロシェルサイズを変更した実験を行い、2020年度の成果と併せて、エアロシェル形状の影響についても知見を取得できた。2)のSMA型エアロシェルについては、2020年度の試験時の課題であったフラッタ現象は、模型を改良することで回避でき、極超音速気流中での空力加熱によるSMA型エアロシェルの完全受動展開実験に成功した。展開中の流れ場の可視化、６分力測定、温度履歴の測定を実施し、模型形状と展開挙動の関係や空力特性を取得することができた。
    それと平行して、抗力変調型エアロキャプチャに関しては、火星以外の天体（金星）への適用について、軌道解析による評価を行った。また、FSI(Fluid-structure Interaction)解析による柔軟エアロシェルと高速流体の連成解析ツールの構築も進め、これらの現象をより深く理解するための準備を整えた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 20H02360
  • 数値シミュレーションを用いた大動脈解離及びその治療方法の評価
    2022年度 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN)公募型共同研究課題
    2022年04月 - 2023年03月
    武田量; 佐々木克彦; 大島伸行; 横山博一; 黒田明慈; 柴田良一; 高橋裕介; 髙嶋英厳; 李辰宇
    一般財団法人 高度情報科学技術研究機構, 北海道大学, jh220026
  • 大型プラズマ風洞を用いた再突入ブラックアウト低減化研究の深化と加速
    科学研究費助成事業
    2018年 - 2022年
    高橋 裕介
    大気再突入時に高温プラズマに包まれた宇宙機が、地上局やデータ中継衛星との通信途絶現象（通信ブラックアウト）に陥ることがある。通信ブラックアウト低減化は着地着水点の高精度予測や再突入中のデータ送受信の上で重要な課題である。これまで磁場印加や、柔軟構造再突入機、テラヘルツ波など様々な低減化手法が提案されている。いま課題実施者の研究グループでは、表面触媒性を用いた宇宙機後流プラズマ密度低下を利用することによる新しい通信ブラックアウト低減を提案している。ここでは表面効果による通信ブラックアウト低減化メカニズムおよび低減化技術の指針を見出すことを目的とする。
    再突入機近傍のプラズマ諸量分布や電磁波挙動の正確な予測が難しく、通信ブラックアウト低減に繋がる知見の探索が困難な状況であった。この問題を緩和するために、再突入時における宇宙機近傍の電磁波挙動を明らかにすることは有効である。本課題実施者は、これまでプラズマ流解析・電磁波解析ソフトウェアを開発し、再突入時における宇宙機近傍の電磁波解析を明らかにしてきた。ここではそれをコア技術として、大型風洞による低減化実証と合わせて研究を推進する。
    昨年度に引き続き本年度でもドイツ航空宇宙センター（DLR）に滞在し通信ブラックアウト低減化研究を実施する予定だったが、新型コロナウイルス感染症拡大防止方策に伴う海外移動制限から今年度も残念ながら断念した。一方でDLR研究者との議論は継続しつつ、現所属機関（北海道大学）において遂行可能な低減化研究の実施を行った。それはJAXAプラズマ風洞における実証試験とスーパーコンピューター富岳などを用いた大規模数値計算である。主にはこれら２つのアプローチを用いて従来課題の低減化手法の研究を行うとともに、新しい低減化技術の実験的・数値的実証も実施した。
    日本学術振興会, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化), 北海道大学, 17KK0123
  • 表面効果による再突入ブラックアウトの低減化研究
    科学研究費助成事業
    2017年04月01日 - 2020年03月31日
    高橋 裕介
    惑星大気再突入時に宇宙機に現れる通信ブラックアウトは高精度着地点予測の妨げや回収コストの増加をもたらすため、その低減化が求められる。本研究では表面触媒効果による通信ブラックアウト低減化技術の可能性を調べ、実験的な実証を行った。アーク加熱風洞と呼ばれる地上において再突入時の高温環境を模擬する装置を用いて再突入プラズマ中の通信状況を再現した。高触媒・低触媒材料の通信模型によって比較試験を行い、高触媒ケースで通信状況が改善される結果を得た。加えて数値解析によってその状況を再現し、低減化に至るメカニズムを明らかにした。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 17K14871
  • 膜面シェルを有する宇宙機の超低高度軌道上での挙動推定と超小型衛星による実測
    科学研究費助成事業
    2015年04月01日 - 2018年03月31日
    山田 和彦; 永田 靖典; 高橋 裕介; 莊司 泰弘; 鈴木 宏二郎; 今村 宰; 秋田 大輔; 石村 康生; 中篠 恭一
    本研究では、超小型衛星に搭載可能な姿勢センサ群を開発し、ISSから放出される超小型衛星EGGを利用し、大気の影響を無視できない超低高度軌道での軽量膜面を有する宇宙機の挙動の実測を行った。超小型衛星EGGの運用において、希薄気体中における軽量な膜面に働く大気抵抗の影響により軌道が変更することを確認するなど、そのダイナミクスを理解するためや解析ツール開発の参照となる貴重な実測データを得ることができた。これらのデータは、運用終了時の衛星を非デブリ化する技術等、将来、超小型衛星にとって重要な技術開発のために役立つと期待される。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 15H04205
  • 惑星大気再突入体の通信ブラックアウト評価に関する研究
    科学研究費助成事業
    2014年04月01日 - 2016年03月31日
    高橋 裕介
    惑星大気再突入時に宇宙機に現れる通信ブラックアウト・プラズマ減衰予測のための数値解析ソフトウェアを開発した。本ソフトウェアは３次元非構造格子データに対応したもので、対象となる宇宙機の形状再現性および自由度の高い構成となっている。また、過去に再突入試験を実施し通信ブラックアウトや通信電磁波の減衰データが得られているミッションに対して、本ソフトウェアを適用することで解析モデルの検証が行われた。その比較から、本解析モデルが実際的な環境をよく再現することが確認された。本研究によって、宇宙機の通信視野角や通信時間の定量的評価および機体近傍のプラズマ流・電磁波分布を明らかにすることが可能になった。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 26820366
  • 高速気流条件における高性能プラズマアクチュエータ開発に関する研究
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2012年
    高橋 裕介
    高速気流条件においても十分な適用を期待できるプラズマアクチュエータの提案を目標とする.それを進める上でアクチュエータ近傍の流体・放電現象を解明するとともに,物理モデル及び解析モデルの提案を行い,定量的に流れの振る舞いを明らかにすることは性能向上に向けた指針を得る上で重要である.ここではアクチュエータの放電によって誘起されるプラズマ流の解析モデルを開発・提案するとともに,電極近傍でプラズマによって生じる電圧降下モデルを提案した.
    日本学術振興会, 研究活動スタート支援, 23860077
  • アーク加熱風洞を用いた高性能アブレータ開発に関する基礎研究
    科学研究費助成事業
    2009年 - 2011年
    高橋 裕介
    本研究の目的を,再突入時の高温環境を模擬できるアーク加熱風洞を用いてアブレータ内部現象の定量的な調査を進めるとともに,軽量で耐熱性に優れるアブレータ材料とその形状モデルの指針を見出すことに設定し,本年度における研究を実施した.これまでの成果として,九州大学20kWアーク加熱風洞の加熱部における幅射熱輸送の役割について数値解析を用いて定量的に明らかにした.さらに,JAXA 750kWアーク加熱風洞や,NASA20 MW Aerodynamic Heating Facility,NASA60 MW Interaction Heating Facilityなど,多様な大型アーク加熱風洞に対して,加熱部における乱流・幅射熱輸送の挙動を数値的に調査し,その挙動を明らかにする成果を上げた.ただし,本解析モデルを用いた解析結果は,実験直に比べてアーク電圧を過少予測する傾向にあることがわかった.その理由のひとつとして,電極近傍におけるシースを考慮していなかったことが挙げられる.したがって,アーク加熱風洞の電極近傍におけるシースモデルを提案し,電圧降下及びアーク電圧の評価を行った.
    また,軽量アブレータが20kW及び750kWアーク加熱気流にさらされる条件下において,内部の熱分解ガス流動を考慮した内部熱応答解析モデルおよび周囲の高温気体との連成解析モデルの構築を行い,アブレータ熱応答解析モデルの高精度化を行った.解析結果と実験結果は良好な一致を示し,より高精度なアブレータ熱応答解析コードが開発された.
    本研究を通して開発されたアーク加熱気流解析コード及びアブレータ熱応答解析コードによって,多様な風洞気流の諸量分布を提供することや,アブレータ内部の現象を定量的に調査することが可能になった.したがって,アーク加熱風洞を用いた様々な耐熱材料試験や開発を進める上で,これらは有効なツールになると考えられる.
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 九州大学, 09J01898
■ 学術・社会貢献活動／その他
その他
  • 2021年04月 - 2021年04月
    Reviewer Awards (Plasma Science and Technology 2020)
    https://publishingsupport.iopscience.iop.org/questions/plasma-science-and-technology-2020-reviewer-awards/