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導電性ポリマ型TSPによる回転翼ブレード表面の非定常流れ場評価手法の創出

Research Project

Project/Area Number 22KJ0251
Project/Area Number (Other) 22J12531 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

伊神 翼  東北大学, 流体科学研究所, 助教

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords感温塗料 / 低速流れ / 低レイノルズ数 / 回転翼 / 前縁剥離渦 / 流体計測 / 非定常流れ場
Outline of Research at the Start

本研究では,感温塗料(TSP)と呼ばれる温度を光学的に計測できる技術を使って運動する物体周りの非定常流体現象を計測する新手法を確立し,回転翼の表面流れ場の解明を目指す.まずは,導電性を持つポリマを用いた内部発熱型の高速応答TSP(以降,導電性ポリマ型 TSP)を開発する.本研究では,このポリマを導電性にして,TSP自身に加熱機能を付加することで,周波数特性の飛躍的な向上が期待できる.良い周波数特性を持つ計測手法を確立することで,回転翼のような運動する物体まわりの非定常な流体現象の評価手法に用いることが可能となる.

Outline of Annual Research Achievements

感温塗料(TSP)を用いて運動する物体周りの非定常流体現象を計測する新手法を確立し,回転翼ブレードの表 面流れ場の解明することを目指し研究を実施した.本研究課題では,まず導電性を有するカーボンナノチューブ(CNT)の薄膜加熱層とTSPを組み合わせた流体計測技術であるカーボンナノチューブ感温塗料(cntTSP)に着目し,その開発および評価を行なった.具体的には,低速流れでの非定常計測を想定したcntTSP塗料を開発し,それ対してその周波数特性を定量的に評価する手法を構築し,風洞試験において評価を実施した.さらにその評価手法に基づいて1次元非定常熱伝導数値モデルを構築し,周波数特性を改善する方法について議論した.これらの成果は,cntTSP計測の定量的な周波数特性を把握する手法を確立し,それが向上する指針を得ており,非定常cntTSP計測を行うために重要な知見となる.
次に,cntTSPを回転翼ブレード上の流れ場計測に用いることで開発したcntTSPの有用性を実証した.特に,ブレードピッチ角が大きい場合に生じる前縁剥離渦について着目し,その流れ場について議論した.cntTSPの可視化結果からは,ブレード全体に前縁剥離渦に対応した温度分布が形成されていることを明らかにした.さらに,cntTSP計測で取得した時系列温度場データから表面摩擦を算出し,前縁剥離渦によって生じる高摩擦領域を可視化することに成功した.この結果から,前縁剥離渦の分布を定量的に議論することができ,ブレード平面形と前縁剥離渦の分布,ロータの空力特性との関係性を明らかにすることができた.今後,特に低レイノルズ数流れを飛行する小型航空機では,前縁剥離渦を積極的に利用し高効率に飛行する設計指針の機体の開発が盛んになることが予想される.その中で,本研究課題で確立した流体計測手法が活用されることが期待できる.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] cntTSP visualization technique for rotating blade surface flow at low Reynolds number2024

    • Author(s)
      Ikami Tsubasa、Nishimura Ren、Nagai Hiroki
    • Journal Title

      Experiments in Fluids

      Volume: 65 Issue: 2

    • DOI

      10.1007/s00348-023-03757-x

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of the frequency characteristics of cntTSP measurement for unsteady low-speed flow2023

    • Author(s)
      Tsubasa Ikami, Yasufumi Konishi, Hiroki Nagai
    • Journal Title

      Measurement Science and Technology

      Volume: 34 Issue: 6 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1088/1361-6501/acb8d0

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Surface Flow Measurement in Low-Rotational-Speed Rotor using cntTSP2024

    • Author(s)
      Ren Nishimura, Tsubasa Ikami, Hiroki Nagai
    • Organizer
      AIAA SciTech Forum
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Leading Edge Vortex in Low Reynolds Number Rotor by cntTSP2023

    • Author(s)
      R. Nishimura, T. Ikami, H. Nagai
    • Organizer
      Twentieth International Conference on Flow Dynamics
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] cntTSPを用いた前進飛行するロータの非定常流れ場構造の可視化2023

    • Author(s)
      伊神翼,西村練,永井大樹
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第54期年会講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 低レイノルズ数回転翼に生じる前縁剥離渦のcntTSPによる可視化-アスペクト比の効果-2023

    • Author(s)
      伊神翼,西村練,永井大樹
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] cntTSPを用いた低レイノルズ数回転翼に生じる前縁剥離渦の可視化2023

    • Author(s)
      西村練,伊神翼,永井大樹
    • Organizer
      第61回飛行機シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] cntTSPを用いた回転翼における表面摩擦応力場の計測2023

    • Author(s)
      伊神翼,西村練,永井大樹
    • Organizer
      第19回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Frequency Response of Carbon-Nanotube Temperature Sensitive Paint2022

    • Author(s)
      Tsubasa Ikami, Koichi Takahashi, Yasufumi Konishi, Hiroki Nagai
    • Organizer
      The 13th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of Frequency Characteristics of cntTSP2022

    • Author(s)
      Tsubasa Ikami, Yasufumi Konishi, Koichi Takahashi, Hiroki Nagai
    • Organizer
      8th German-Japanese Joint online Seminar Molecular Imaging Technology for Interdisciplinary Research
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Rotor Surface Flow in Hovering by cntTSP2022

    • Author(s)
      Tsubasa Ikami, Ren Nishimura, Hiroki Nagai
    • Organizer
      Nineteenth International Conference on Flow Dynamics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノチューブ感温塗料の周波数応答2022

    • Author(s)
      伊神翼,高橋幸一,小西康郁,永井大樹
    • Organizer
      第54回流体力学講演会 / 第40回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 低速流れにおける非定常 cntTSP 計測の周波数特性評価2022

    • Author(s)
      伊神翼,小西康郁,永井大樹
    • Organizer
      第18回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] cntTSP を用いた低レイノルズ数における回転翼の表面温度分布の可視化2022

    • Author(s)
      西村練,伊神翼,永井大樹
    • Organizer
      第18回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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