| Project/Area Number |
24K17204
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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 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
大友 衆示 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10988760)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 空気力学 / 流れ制御 / 風力タービン / 実験流体力学 |
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| Outline of Research at the Start |
出力・コスト・強度問題が未解決であるために風力タービンの大量導入が遅延している．全て時事刻々と非定常に変化する風力・風速に対応する流れ制御手法が確立されていないことに起因している．本研究では上記課題を解決する２つの流れ制御技術を組み合わせる．①非定常な風速・風向を経験する翼を対象に，プラズマアクチュエータを用いた翼周りの新たなアクティブ剥離制御手法を開発・試験する．②流れに応じて変形する可変キャンバー翼を用いたパッシブ流れ制御技術を確立する．風力タービンの大量導入を促す基幹技術とすることを目指し，時事刻々と変化する流れ場に対応可能なアクティブ・パッシブ流れ制御技術を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和6年度は，まず風力タービンブレードが実環境で経験しうるガスト（突風などの非定常流れ）を発生させることができる風洞を新たに建設した．この風洞は試験部が400mm x 400mm x 2000mm，最大流速が20m/sで，風車ブレードが経験しうる流入速度・角度の変動を再現できる．本風洞は今後，アクティブ・パッシブ流れ制御を検証する際に使用される．アクティブ流れ制御においては，ピッチ運動する翼に対しプラズマアクチュエータを翼後縁に設置することで，前縁渦を増強し，結果として10%以上揚力を向上することに成功した．風力タービンの出力向上が期待できる結果を得ることができた．パッシブ流れ制御においては，非定常運動をするフレキシブルな翼に対し，コーシー数という流体力と翼の弾性力に関する無次元パラメータを導入することにより，翼に働く揚力の相似則を発見した．同時に，非定常荷重変動を50%以上低減することに成功している．こちらは風力タービンブレードの疲労軽減，高寿命化が期待できる結果である．
また，風車ブレードといった翼に対して働く非定常力を非侵襲的に推定するVortex Force Map (VFM)法を翼周り剥離流れに適用し，渦がどのように揚力・抗力に作用するか解明した．本手法を用いることで，直接力計測を行わなくとも，粒子画像流速測定法（PIV）から物体に働く力を推定可能な画期的手法である．
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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
風力タービンブレードが実環境で経験する非定常流れを再現することが可能な風洞の建設，アクティブ・パッシブ流れ制御の実験的研究の結果が得られつつあり，初年度として良好なスタートが切れていると判断する．また，Vortex Force Map (VFM) 法をPIVに適用することで非侵襲的に非定常空気力を推定することが可能な実験技術の創出，非定常空気力の予測が可能な理論の構築など，アクティブ・パッシブ流れ制御の検証に適用可能な強力な実験・理論ツールを得ることができた．VFM法のPIVへの適用に関しては国際学術雑誌に掲載された．ケンブリッジ大学をはじめ，国内外6研究機関と連携していることも研究推進を加速させる要因となっているとともに，アクティブ・パッシブ流れ制御の新たなアイディア・仮説が生まれている．以上から，本研究は概ね順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
アクティブ流れ制御においては，翼後縁にプラズマアクチュエータを設置することで前縁渦の強化・揚力増強という新規性はあるが，プラズマアクチュエータの駆動パラメータ（駆動周波数・電圧）の最適化は行なっていない．パッシブ流れ制御においては，フレキシブル翼による非定常荷重変動抑制効果を検証したが，このデザインは一度材料を決定してしまうと風力タービンブレードの交換・修理が容易ではないという課題がある．そこでバネとフラップを組み合わせれば，バネの交換のみで解決するというアイディアがある．
以上の課題について令和7年度から反映させる計画である．
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