Control of Boundary-Layer Transition for Skin Friction Drag Reduction of Aircraft by Plasma Actuator
Project/Area Number |
20KK0104
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Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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Research Institution | Tottori University |
Principal Investigator |
松野 隆 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (90432608)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関本 諭志 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50783817)
郭 東潤 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主幹研究開発員 (10358450)
青野 光 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (10623712)
西田 浩之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60545945)
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Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
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Keywords | 流体制御 / 境界層 / 乱流遷移 / 後退翼 / プラズマアクチュエータ |
Outline of Research at the Start |
旅客機の環境性能に大きな影響を与える巡航時の摩擦抵抗低減を目指し,プラズマアクチュエータにより主翼上の横流れ不安定による境界層遷移を制御する信頼性の高い手法を確立する.研究はオランダ・デルフト工科大学のKotsonis博士と共同で実施し,デルフト工科大学の時系列トモグラフィックPIVを用いて非定常流体場を高精度に計測し,流体制御時の不安定場の応答を調べる.この知見を基盤として,旅客機の飛行条件においても有効性を持つ制御手法を研究するとともに,遷移制御に必要な新しいプラズマアクチュエータ素子の開発・製作を行い,これらの研究成果によって次世代旅客機の低空力抵抗技術開発のブレークスルーを目指す.
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Outline of Annual Research Achievements |
後退翼の横流れ不安定による乱流遷移について,旅客機の飛行条件でも利用可能なプラズマアクチュエータ (PA) による制御手法を確立することを目的として研究を行っている. 本年度は,横流れ制御に最適化した極低擾乱PAの開発,およびPAの運動量付加により想定されたメカニズム通りに遷移が生じているか実験による調査と,プラズマ孤立擾乱素子の提案・開発を行った. PAの開発については,導電性ナノ粒子塗装を用いた境界層制御用PA電極を風洞試験へ適用し影響を調査した.低速風洞を用いて,30m/s程度の気流条件で翼前縁の境界層の薄い部位に設置したPAの擾乱と運動量付加の影響を,熱線風速計およびIR画像解析を主とする流体計測により調べた.その結果,本条件では製作した厚み5μm程度のPA電極は流れの構造を乱さず,また運動量付加時には従来の素子同様に遷移遅延が達成できることを示した.流体解析の結果,ベース流れは強い横流れ不安定による縦渦が生じ,これが二次不安定により崩壊することで乱流遷移に至る一連のプロセスが明らかになった.PAによる運動量付加時には,横流れ自体が抑制され,異なる機序で乱流に至るプロセスが昨年度の研究成果から予想された通りに生じていた.高速大スケールでの遷移制御性能を調べるためにはこの遷移プロセスを回避する必要があるため,本試験の知見は来年度研究に活かされる. プラズマ孤立擾乱素子については,先行研究で風洞試験では効果が示されている物理的な孤立擾乱素子を大気圧非平衡プラズマの微小ドットで置き換えることを目的として提案・開発した.ドット生成手法を検討・実装し,風洞試験において遷移に干渉するのに十分な擾乱が生じることと,ドット間隔に依存し遷移位置が変化させられることを実証できた.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度に引き続き,COVID-19の影響で国内外の移動がやや制限され,風洞実験計画が変更されたため.
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Strategy for Future Research Activity |
極低擾乱PAについては,境界層流れへの適用時の設置位置について,数値解析および進化計算による最適設計法を適用し性能予測を行う.またプラズマ孤立擾乱素子については先行研究をベンチマークに同様の結果が得られるか検討するとともに,ドット間隔による流れ場の変化への適応性を調査する.3年間のCOVID-19の影響により国外試験の状況も変化しているが,海外研究者と調整し試験および協力を進めて行く方法について早急に調整を行う予定である.
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)