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 |
Granted (Fiscal Year 2022)
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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 / ザトウクジラ / 生物模倣技術 / ピッチング運動 / ヒービング運動 / 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 |
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目的とする．
令和4年度は、まず令和3年度の研究で構築した電動スライダー、モーター、データロガーで構成される自動測定システムを用いて，ヒービング運動・ピッチング運動時の前縁直線翼及び前縁波形状翼の流体力特性を多くの運動条件により測定することができた．その結果、ヒービング運動やピッチング運動の周波数が増加すると、特に前縁直線翼において静止翼の場合よりも揚力が増加することが確認できた．また，前縁波形状翼は運動の有無に関わらず高い性能を示すことを明らかにした．
また、揚力波形の測定より，ヒービング運動・ピッチング運動共に特にアップストローク時に揚力が増加することを明らかにした．
また、上記の非定常流体力発生メカニズムの解明を行うために、購入したPIVレーザーを用いて、スモークワイヤー法による流れの可視化を実施した．その結果、翼のアップストローク時に流れが剥離が抑制され、準定常状態より揚力が向上することや、前縁波形状翼では、ダウンストローク時の剥離を抑えて揚力低下の勾配を緩和することが明らかとなった．
上記のピッチング運動の成果については日本機械学会論文集に投稿した．また，ヒービング運動の成果については2023年度のASME-JSME-KSME流体工学国際会議での発表が決定している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
まず、令和3年度の段階での進捗の遅れ（新型コロナウィルスやロードセルの不具合）に加えて、可視化用レーザーが半導体不足の影響で納期に半年程度を要してしまい、可視化実験の開始が遅れた．
また、ヒービング運動とピッチング運動を組み合わせて行う羽ばたき運動を実装する際に，モーターとロードセルの微妙な周期のずれにより長時間の同じ羽ばたき運動を継続できない不具合が発生したため、羽ばたき運動の実験が一部のみの実施に留まっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず、令和4年度に実施できなかった羽ばたき運動する前縁波形状翼および前縁直線翼に作用する非定常流体力の測定を行うために，モーターと電動スライダーの周期のズレの問題の改善に取り組む．改善できた場合には，羽ばたき運動時の前縁の波形状翼の流体力学的効果や、最適な運動条件（羽ばたき振幅・羽ばたき回転角・位相差）を調査する．その後、羽ばたき運動する前縁波形状翼および前縁直線翼周りの流れの可視化実験を行い，前縁波形状翼と前縁直線翼の非定常流体力発生メカニズムを比較することで、前縁波形状翼の翼性能向上のメカニズムを解明する．
また、時間が許せば、令和4年度の当初の計画に掲げていた、羽ばたき運動する前縁波形状翼に対する翼端渦の影響の調査や、翼平面形状の影響の調査についても実施していく予定である．
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
