ザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼の羽ばたき運動による流体力発生機構の解明
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20K04289
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
安田 孝宏 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (60347432)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南川 久人 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (60190691)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 前縁波形状翼 / 非定常流体力 / ピッチング運動 / ヒービング運動 / フラッピング運動 / NACA0012 / ザトウクジラ / 生物模倣技術 / 渦 |
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| Outline of Research at the Start |
鉱物資源調査や地球環境問題のデータ収集のための海洋調査には海洋調査機器の開発が重要となる．本研究では海洋調査に用いる機動性の良い魚型水中ロボットへの適用を目指し，機動性の良いザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼を開発する．特に、前縁波形状翼の羽ばたき運動に着目し，その非定常流体力発生機構の解明を試みる．具体的には，ザトウクジラの胸ビレの運動の解析や，前縁波形状翼に作用する流体力測定や翼周りの三次元流れの可視化を行う．得られた結果より、固定された前縁波形状翼との違いや，昆虫・鳥等に見られる前縁直線翼の羽ばたき運動との違いを考察し，羽ばたき運動する前縁波形状に特有な機構を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では海洋調査に用いる機動性の良い魚型水中ロボットへの適用を目指し，ザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼の羽ばたき運動に着目し，その非定常流体力発生機構の解明を目的として調査を行った．
令和5年度は、前縁波形状翼や比較対象となる前縁直線翼をフラッピング運動させ，フラッピング運動や前縁形状が翼性能に及ぼす影響を調査した．フラッピング運動の条件として，ピッチング運動とヒービング運動を独立に行った場合に揚力が大きくなる，周波数1.5Hz，ピッチング回転角度7.5°，ヒービング振幅17.5mmを用いた．
その結果，フラッピング運動する前縁直線翼の場合には，揚力波形の振幅は，ピッチング運動とヒービング運動の位相差が0°のときに最も大きくなり，180°の時に最も小さくなることがわかった．位相差の違いにより揚力振幅が変化する原因は，翼が高迎角となるときのヒービング加速度の違いにより翼上面への流れの付着のしやすさが変化するためであることがわかった．一方，フラッピング運動する前縁波形状翼の場合にも同様の傾向が見られたが，揚力振幅は前縁直線翼よりも小さくなることがわかった．
期間全体では，ピッチング運動・ヒービング運動・フラッピング運動を実現できる実験装置を製作し，前縁波形状翼および前縁直線翼の翼性能や流れ場を調査することで，運動条件や前縁形状が翼性能に与える影響を明らかにすることが出来た．特に，翼の運動によりはく離抑制を促進し，静止翼よりも高い揚力が得られること，フラッピング運動については，揚力波形はピッチング運動の影響が支配的であるが，ヒービング運動もピッチング運動との位相差に依存して揚力を変動させることを明らかにした，また，前縁波形状翼はどの運動条件でも安定して高い揚力を出せることから，魚型水中ロボットの性能を向上できる可能性が高いことがわかった．
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Report
(4 results)
Research Products
(5 results)
