Plasma-assisted rapid flow actuation and its application to hypersonic aerodynamic control
| Project/Area Number |
20H02347
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Toyota Technological Institute (2022)
The University of Tokyo (2020-2021) |
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Principal Investigator |
Watanabe Yasumasa 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60736461)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 極超音速流れ / 放電プラズマ / 気流制御 / 風洞 / 数値流体力学 / 空力制御 / 極超音速機 / 放電気流制御 / 高速流体力学 / 極超音速 / 航空宇宙工学 / プラズマ / 放電 / 極超音速風洞 / 線形安定性解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は，高速気流中での直流アーク放電プラズマフィラメントによる気流加熱効果解析モデルを提案し，これを用いた将来型極超音速機用の急速応答型放電空力制御手法を開発することである。
直流アーク放電による極超音速気流制御手法は瞬間的な加熱による高速応答性を有する。これを実機の急速応答空力制御へと応用する為、気流制御効果を支配する高速気流加熱源であるプラズマフィラメント振動現象の特性解明と解析モデル提案を行う。放電気流制御を実機に応用する上で必要不可欠となる，応答速度の特定と気流制御効果のプラズマエネルギー依存性と制御効率を明らかにする。
本手法により将来型高速輸送機の安全性向上に資する事を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
As a rapid aerodynamic control method, plasma-assisted hypersonic flow control was investigate with wind tunnel tests and corresponding numerical simulation model was proposed to further analyze the phenomenon. Direct-current arc plasma can modify local flowfield when generated over the surface of hypersonic vehicle, which is a feasible method to attain rapid aerodynamic control of space- and hypersonic vehicle to ensure safe cruise when combined with conventional mechanical control surfaces. In wind tunnel tests, plasma was placed at the nose as well as rear portion of hypersonic airplane model to assess the flow-control authority of dc plasma. It was found that pressure distribution around plasma rapidly changes in less than 1ms due to fast change in shock wave positions. Proposed numerical simulation model also yielded similar flowfield to the tested flowfield. The plasma-assisted flow control method is also expected to be useful in combustion control in supersonic engines.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
極超音速流れという高エネルギー流れと放電プラズマの干渉現象を明らかにし，航空宇宙流体現象と電磁気現象の複合分野において，その解析モデル構築，気流の諸物理量，放電におけるプラズマパラメータの影響と制御効率の関係性の解明を行なったことが学術的意義である．また，本研究で取り扱った放電現象は，産業分野ではエンジンにおける燃料点火や保炎に対する有効性について期待されており，燃焼の安定性向上を通し，研究段階にある極超音速エンジンの作動信頼性の向上やこれによる将来型大陸往還機の信頼性向上に資する点が社会的意義である．
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Report
(4 results)
Research Products
(8 results)
