羽ばたかずに羽ばたくー非定常空気力学に基づく能動的気流制御システムの確立ー
| Project/Area Number |
21K14343
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 慎太郎 東北大学, 工学研究科, 助教 (60869650)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 非定常空気力学 / 羽ばたき飛行 / 能動的気流制御 / プラズマアクチュエータ |
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| Outline of Research at the Start |
これまでの非定常空気力学は, 飛翔生物の羽ばたき動作を模擬し, 誘起される流れ場に注目して研究が進められてきた. 本研究では, 固定翼に可動部を持たない気流制御デバイスであるプラズマアクチュエータを搭載し, 非定常的に発生する揚力の制御を試みる. 非定常揚力の本質は物体から放出される渦構造にあり, 飛翔生物は羽ばたくことで秩序的な渦構造を放出している. 本研究では, プラズマアクチュエータ素子群を翼全面に貼り付け, この渦構造を模擬することに取り組み, 羽ばたき動作をせずに羽ばたき飛行を可能にする技術の確立に挑戦する.
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| Outline of Annual Research Achievements |
飛翔生物の羽ばたき動作を模擬する新しい手法として、本研究では固定翼に可動部を持たない気流制御デバイスであるプラズマアクチュエータを搭載し、非定常的に発生する揚力の制御を試みる。昨年度は２次元数値計算により、プラズマアクチュエータが生成する電気流体力を流れ場に付与することで、翼の羽ばたき動作によって生じる特徴的な前縁剥離渦の構造を模擬できることを確認した。本年度は実証実験に向けて、実現象に近いプラズマアクチュエータの入力条件を選定して数値計算を行ない、羽ばたき飛行と類似した流れ場構造が期待できる条件の探索を行なった。また、数値計算の結果から大きな電気流体力が生成できるプラズマアクチュエータの方が容易に前縁剥離渦を形成できることが示唆されたため、並行してプラズマアクチュエータの性能を向上させる研究も実施した。これらの成果を利用することで、当初の目的であったプラズマアクチュエータを用いた非定常揚力の制御が可能になると期待される。
次年度では、今年度検討した条件での実証実験を行う。さらに、流れの3次元的な渦構造について詳細に検討するために Large Eddy Simulation 解析の実施および実証実験を行う予定である。その後、飛翔生物が誘 起しているような複雑な3次元渦構造に着目し、3次元翼上に配置されたプラズマアクチュエータ素子群によって任意の次空間分布を持つ電気流体力を発生させ ることで翼の空力特性を大幅に向上させる手法について検討する。それにより、従来の翼理論の範疇を越える新たな非定常翼理論を確立し、革新的な飛行手法の 提案を目標とする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は実証実験に向けたプラズマアクチュエータの駆動条件の特定が完了し、期待した効果が得られる性能を発揮できるプラズマアクチュエータの開発に成功したため、期待通りの成果が得られている。
また、プラズマアクチュエータの性能向上に向けた研究に取り組んだことで、電気流体力により流れの形成に関する新たな知見が得られたことも大きい。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では、今年度検討した条件での実証実験を行う。実証実験は３分力天秤による空気力計測と Particle Image Velocimetry 計測によって、流れ場の特徴について議論する。さらに、流れの3次元的な渦構造について詳細に検討するために Large Eddy Simulation 解析の実施および実証実験を行い、従来の翼理論の範疇を越える新たな非定常翼理論を確立し、革新的な飛行手法の提案を目標とする。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
