騒音発生のメカニズムとその防止対策に関する流体力学的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452172
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坪田 誠 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10197759) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30135313)
• Keywords: ヘリコプタ騒音 / 渦制御 / 乱流噴流 / 流体制御 / トンネル騒音 / 新幹線騒音 / 超流動ヘリウム / 量子渦

Research Abstract

井上は、渦と渦の干渉によって発生する音及び渦と衝撃波の干渉によって発生する音を数値的に捕えるための高精度の計算コードを開発し、渦と渦が正面衝突する場合および渦と衝撃波が衝突或いは追い越しする場合の音の発生機構を種々のパラメータについて解析し、音の四重極性を明らかにすると共に、各パラメータの及ぼす音の強さ・音の伝播メカニズムを明らかにした。またヘリコプタ・ロータまわりの圧縮性流れを数値的に解明することにより、ヘリコプタ・ロータまわりに発生する渦輪状態及びオート・ロ-テーション状態を世界で初めて数値的に捕え、ヘリコプタ騒音解明のための大きな手がかりを得ることができた。早瀬は、管オリフィスおよびスプール弁を通過する非定常流の数値的解析を行い、管路内絞りを通過する乱流噴流中の渦の挙動と音圧との関連を明らかにした。また、情報機器の基本構成要素である回転するポリゴンミラー周囲の乱流場による流体関連振動や血管内流れの不安定振動を解析し、渦の挙動と音の発生との関連を明らかにした。佐宗は、新幹線騒音問題の解明のために自由飛行体発射装置を用いた実験を行ない、高速列車がトンネルに突入することによって発生する衝撃波とトンネル出口での騒音との関連を明らかにし、またその騒音を軽減するための有効な方策を見いだした。坪田は、極低温流中での騒音発生メカニズムを解明するために、管内を流れる超流動ヘリウムに熱的および音響的揺動が加えられたときの複数の量子渦の相互作用および壁面効果を数値的に解析し、量子渦の相互干渉による音の発生機構に関する重要な知見を得た。上述の4名の研究者による個々の研究成果を相互に比較検討した結果、各研究者により取り扱われた流れ場は大きく異なるが、例えば渦と渦との干渉及び渦と衝撃波の干渉によって発生する騒音は四重極性を有すること、壁面や物体の存在する場合には二重極性を有する騒音も発生すること等、多くの共通点が見いだされ、騒音問題解決のために今後更に共同研究を発展させる必要性のあることが確認された。

Research Products

• [Publications] O.Inoue: "Note on Multiple-Frequency Forcing on Mixing Layers" Fluid Dymanics Research. Vol.16. 161-172 (1995)
• [Publications] N.Uchiyama and O.Inoue: "Shock Wave-Vortex Interaction in a Flow over 90 Degree Sharp Corner" AIAA Journal. Vol.33,No.9. 1740-1743 (1995)
• [Publications] K.Yamamoto and O.Inoue: "A New Evolutionary Direction Operator for Genetic Algorithms" AIAA Journal. Vol.33,No.10. 1990-1993 (1995)
• [Publications] O.Inoue,T.Bisaka and T.Yamazaki: "Numerical Simulation of Forced Wakes around a Cylinder" International Journal of Heat and Fluid Flow. Vol.16,No.5. 327-332 (1995)
• [Publications] O.Inoue,S.Imuta,B.E.Milton and K.Takayama: "Computational Study of Shock Wave Focusing in a Log-Spiral Duct" Shock Waves. Vol.5,No.3. 183-188 (1995)
• [Publications] T.Yamazaki and O.Inoue: "Navier-Stokes Simulation of Forced Cylinder Wakes" Proceedings of 6th Asian Congress of Fluid Mechanics. Vol.I. 517-520 (1995)
• [Publications] K.Yamamoto and O.Inoue: "Application of Genetic Algorithm to Aerodynamic Shape Optimization" AIAA paper 95-1650,12th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference (1995),Collection of Technical Papers. Part 1. 43-51 (1995)
• [Publications] T.Yamazaki,T.Bisaka and O.Inoue: "Control of Wakes around a Two-Dimensional Cylinder" Proceedings of the 3rd JSME-KSME Fluids Engineering Coference. 583-588 (1994)
• [Publications] N.Uchiyama and O.Inoue: "Numerical Study of Helicopter Rotor Flowfield" Proceedings of the 3rd JSME-KSME Fluids Engineering Coference. 737-741 (1994)
• [Publications] O.Inoue,T.Bisaka and T.Yamazaki: "Numerical Simulation of Forced Wakes around a Cylinder" Proceedings of International Symposium on Turbulence,Heat and Mass Transfer. 20.4.1-20.4.6 (1994)
• [Publications] Toshiyuki Hayase,Ping Cheng and Satoru Hayashi: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Pipe Orifice (Time Constant for Settling Flow)" JSME International Journal. Vol.38,No.2,B. 157-163 (1995)
• [Publications] Toshiyuki Hayase,Ping Cheng and Satoru Hayashi: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Spool Valve" Rep.Inst.Fluid Sci.,Tohoku Univ.,. Vol.7. 123-133 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸,程平,林叡: "スプール弁内の非定常流に関する数値解析" 日本機械学会論文集(B編). 61巻584号. 1382-1388 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸: "正方形管内乱流の直接数値シミュレーションにおける離散化スキームの比較" 日本機械学会論文集(B編). 61巻591号. 3967-3974 (1995)
• [Publications] K.Takayama,A.Sasoh,O.Onodra,R.Kaneko,Y.Matsui: "Experimental investigation on tunnel sonic boom" Shock Waves. 5. 127-138 (1995)
• [Publications] Akihiro Sasoh,Osamu Onodera,and Kazuyoshi Takayama: "Scaled train tunnel simulator for weak shock wave generation experiment" Review of Scientific Instruments. 65. 3000-3004 (1994)
• [Publications] 佐宗章弘,小野寺収,高山和喜,金子良一,松井良博: "高速列車のトンネル突入による衝撃波発生に関する実験" 日本機械学会論文集(B編). 60. 71-78 (1994)
• [Publications] A.Sasoh and K.Takayama: "Characterization of Disturbance Propagation in Weak Shock-Wave Reflections" Journal of Fluid Mechanics. 277. 331-345 (1994)
• [Publications] 佐宗章弘,小野寺収,高山和喜,金子良一,松井良博: "トンネルソニックブームの軽減法に関する実験的研究" 日本機械学会論文集(B編). 60. 134-140 (1994)
• [Publications] K.Takayama,A.Sason,O.Onodera,J.Yang,H.Ojima and T.Ogawa: "Holographic Interferometric observation of Weak Shock Waves Generated by Entrance of High Speed Train into a Long Tunnel" 21st International Congress on High-Speed Photography and photonics,Taejon,Korea,SPIE 2513. 294-303 (1994)
• [Publications] M.Tsubota and H.Yoneda: "Dynamics of Quantized Vortices in Ritating Superfluid" Journal of Low Temperature Physics. 101. 815-820 (1995)
• [Publications] M.Tsubota,Y.Tomida,A.Shima and I.Kano: "Dynamics of Laser-Induced Bubble in Pressurized Liquid Nitrogen" JSME Int.J.(in press).
• [Publications] F.Takamura,Y.Matsumoto,M.Tsubota and Y.Tomita: "Effects of the internal phenomena on bubble motion in liquid nitrogen" ASME Cavitation and Multiphase Flow. 187-192 (1995)
• [Publications] M.Tsubota and S.Maekawa: "Collision of Quantized Vortices in Superfluid Helium and Effect of Applied Superflow" JSME Int.J.295-299 (1995)
• [Publications] 米陀英毅、坪田誠: "超流動ヘリウムにおける境界面付近の量子渦の運動と流れ場の影響" 日本機械学会論文集(B編). 61. 2365-2371 (1995)
• [Publications] M.Tsubota and H.Yoneda: "Dynamics of Quantized Vortices under an Applied Flow in Superfluid Helium" Proc.4th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference. 1. 483-490 (1995)
• [Publications] 坪田誠、冨田幸雄、嶋章、鹿野一郎: "加圧液体窒素中におけるレーザ生成気泡の挙動" 日本機械学会論文集(B編). 61. 365-371 (1995)
• [Publications] M.Tsubota: "Capacity of A Pinning Site for Trapping Quantized vortices in Superfluid ^4He" Physical Review B. 50. 579-581 (1994)
• [Publications] Y.Tomita,A.Shima,M.Tsubota and I.Kano: "An Experimental Investigation on Bubble Motion in Liquid Nitrogen" Proc.of The Second International Symposium on Cavitation. 311-316 (1994)
• [Publications] M.Tsubota and S.Maekawa: "Capture of Two Quantized Vortices by a Pinning Site" Physica B 194-196. 723-724 (1994)
• [Publications] M.Tsubota and S.Maekawa: "Dynamics of Two Quantized Vortices on a Pinning Site" Physica B 194-196. 721-722 (1994)
• [Publications] M.Tsubota: "Magnetic Soliton Lattice in U2D2 ^3He" Physica B 194-196. 931-932 (1994)
• [Publications] 井上督,内山直樹,服部裕司: "渦との干渉による衝撃波の枝分れ" 平成6年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 113-116 (1995)
• [Publications] 井上督,服部裕司: "衝撃波回析の数値シミュレーション" 第6回計算流体力学シンポジウム講演要旨集. 11- (1995)
• [Publications] 服部裕司,井上督: "渦輪の衝突に伴う空力音の直接数値計算" 第9回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 401-402 (1995)
• [Publications] 酒井武治,井上督: "移動物体による衝撃波収束の数値解析" 第9回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 239-240 (1995)
• [Publications] 秋山勝哉,井上督,服部裕司: "渦輪状態にあるヘリコプタ・ロータ周りの流れの数値解析" 第9回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 417-418 (1995)
• [Publications] 服部裕司,内山直樹,井上督: "衝撃波と渦の干渉現象の可視化" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (1994)
• [Publications] 山崎輝幸,井上督: "円周後流の人工制御とKarman渦列の再配列" 第5回計算流体力学シンポジウム講演論文集. 3- (1994)
• [Publications] 昆沙賀徹,井上督: "周波数擾乱によるはく離流れの人工制御に関する数値的研究" 日本航空宇宙学会北部支部1994年講演論文集. 51-54 (1994)
• [Publications] 井上督,藺牟田正吾,高山和喜: "Log-Spiral型ダクト内の衝撃波収束と渦の形成" 第5回衝撃波シンポジウム講演論文集. 21-24 (1994)
• [Publications] 山崎輝幸,井上督: "円周後流の渦構造" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (1994)
• [Publications] 内山直樹,井上督: "ヘリコプタ・ブレ-ドまわりの流れ場のCFD的研究" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (1994)
• [Publications] 服部裕司,内山直樹,井上督: "90°コーナーを回析する衝撃波の可視化" 可視化情報仙台講演会講演論文集. 39-42 (1994)
• [Publications] Toshiyuki Hayase,Ping Cheng and Satoru Hayashi: "Numerical Analysis of Transient Flow through a Pipe Orifice Starting from Initial Steady Flow" Proceedings of 3rd JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 277-282 (1994)
• [Publications] 早瀬敏幸,林叡,小嶋和法: "油圧サーボ系に発生する微小スティックスリップ振動" 日本油空圧学会 秋期油空圧講演会講演論文集. 137-140 (1994)
• [Publications] 早瀬敏幸,程平,林叡: "スプール弁の動特性に関する数値解析" 計測自動制御学会第9回流体制御シンポジウム講演論文集. 1-6 (1994)
• [Publications] 早瀬敏幸,林叡: "コンピュータを援用した流動場の制御に関する基礎的研究(分布定数系に対するオブザーバーの構成)" 日本機械学会第72期通常総会講演論文集,(III). 165-166 (1994)
• [Publications] 早瀬敏幸,林叡,是常彰人: "コラプシブルチューブの自励振動におよぼす拍動流の影響" 日本機械学会第72期通常総会講演論文集,(I). 246-247 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸,項志偉,林叡: "油圧システムシミュレーションプログラムの開発(第1報,シミュレーションプログラムの基本構造)" 日本油空圧学会 春期油空圧講演会講演論文集. 117-120 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸,項志偉,林叡: "油圧システムシミュレーションプログラムの開発(第2報,計算条件の自動設定)" 日本油空圧学会 春期油空圧講演会講演論文集. 121-124 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸,林叡,小嶋和法: "油圧サーボ系の非線形制御" 日本機械学会 Dynamics and Design Conference 講演論文集. Vol.B. 107-110 (1995)
• [Publications] T.Hayase and S.Hayashi: "Fundamental Study on Computer Aided Flow Field Control" Proceedings of International Symposium on Microsystems,Intelligent Materials and Robots. 386-389 (1995)
• [Publications] 早瀬敏幸,林叡,小嶋和法: "非線形制御による油圧サーボ系の微小スティックスリップ振動の抑制" 日本油空圧学会 秋期油空圧講演会講演論文集. 125-128 (1995)
• [Publications] 佐宗章弘、高山和喜、小野寺収、松井良博、金子良一: "トンネルシミュレーターによるソニックブーム発生実験" 平成5年度衝撃波シンポジウム. 377-380 (1994)
• [Publications] 松岡敬,佐宗章弘、高山和喜、牧野良弘、小野重亮、平野禎雄: "トンネルソニックブームの発生および減衰に関する模擬実験" 平成7年度衝撃波シンポジウム. (1996)
• [Publications] 坪田誠、米陀英毅: "回転円筒容器および回転球容器内における量子渦の三次元運動" 日本物理学会講演概要集1995年秋の分科会第3分冊. 447- (1995)
• [Publications] 坪田誠、西哲哉、米陀英毅: "細管中における量子渦の三次元運動" 日本物理学会講演概要集1995年秋の分科会第3分冊. 447- (1995)
• [Publications] 米陀英毅、坪田誠: "回転超流動における量子渦格子の形成" 日本物理学会講演概要集第50回年会第3分冊. 509- (1995)
• [Publications] 長根一宏、冨田幸雄、坪田誠、三浦紀重、松岡敬、豊田伸一: "レーザーフォーカスによる液体窒素中での気泡の初生と急速膨張" 日本機械学会東北支部第30期総会・講演会講演論文集. 1-2 (1995)
• [Publications] 坪田誠、冨田幸雄、安中信仁、長根一宏: "液体窒素中でのレーザー生成気泡の運動" 日本物理学会講演概要集1995年秋の分科会第4分冊,機会学会東北支部第30期総会・講演会講演論文集. 67- (1995)
• [Publications] 坪田誠、冨田幸雄、嶋章、鹿野一郎、長根一宏、松岡敬: "加圧液体窒素中のレーザー生成気泡の挙動" 日本機械学会第72期全国大会講演論文集. 301-303 (1994)
• [Publications] 坪田誠、米陀英毅: "超変動ヘリウムにおける流れ場中の量子渦と壁面相互作用" 日本機械学会第72期全国大会講演論文集. 315-317 (1994)
• [Publications] 坪田誠、米陀英毅: "回転超流動^4Heにおける量子渦の運動" 日本物理学会講演概要集1994年秋の分科会. 258- (1994)