水中移動マイクロマシーン用の振動翼による推力発生機構の研究(移動境界適合座標による解析)

• Project/Area Number: 07650192
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 黒田 成昭 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (70092608)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 1995: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: マイクロマシーン / 水中移動 / 推進力 / 数値シミュレーション / 移動境界 / ナビエストークス / 差分法

Research Abstract

水中移動のマイクロマシーンの推進力発生の方法としては,スクリューのように回転機構を持つものよりも,薄板の屈曲ピッチング運動により推力を発生させる機構の方が構造が簡単になりマイクロ化が容易であると考えられる.そのような推進機構への応用をめざし,水中で薄い板をピッチング振動させて推進力を発生させる機構の開発のための基礎研究を行った.
一様流中または静止流体中で薄い弾性板が,魚が泳ぐときのように曲げ変形を伴った屈曲ピッチング運動をする場合の流れ場を,ナビエ・ストークスの式により解析した.振動する弾性薄板とともに移動する格子系を形成し移動境界適合座標系により,基礎式を差分化した.いくつかの計算を行い精度検定,可視化実験との比較を行いプログラムの正当性を確かめた.振動する板の周りの流れ場の解析から流速分布,圧力分布を求め,振動板に作用する流体力を求めた.ピッチング振動の形態の相違(正弦振動か三角波振動か,片振動か両振動か等),振動数,回転中心の違いが流れ場に与える影響を解析し,その結果から,ピッチング振動するときに推進力が発生する状況を考察した.薄板が魚のように屈曲変形しながら振動する場合は,屈曲運動を伴わない剛体板が振動する場合よりも大きな推進力が生じることを見いだした.