空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明とその制御

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650187
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 坂本 弘志 北見工業大学, 工学部, 教授 (70003176)
• Keywords: 空力不安定振動現象 / フィードバック発現機構 / 完全はく離型角柱 / 前縁はく離渦型角柱 / 並進振動 / 回転振動 / 同期領域 / カルマン型渦

Research Abstract

本研究は流れによって発生する振動物体の空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明とその制御を目的としているものである。本年度は空力不安定振動現象によって発現振動する物体を模擬し、強制的に並進あるいは回転振動させ、はく離せん断層並びに後流構造及び流体力特性を詳細に調べて、物体の振動性状とこれらの諸特性とを関連づけ、空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明を行なったものである。矩形断面柱周辺の流れはその辺長比によって、完全はく離型、前縁はく離渦型そして再付着型の三つに分類される。本研究では特に完全はく離型として辺長比が1なる正方形柱、前縁はく離渦型として辺長比3なる矩形柱を採用し、それを並進振動並びに回転振動させ、空力不安定振動現象のフィードバック発現機構を調べた。その結果得られた知見は以下に示すものとなる。
(1)完全はく離型である正方形柱が並進あるいは回転振動する場合、その振動周波数にロックインして渦放出が行われる同期領域は振動振幅が大きくなるにしたがって拡大する。
(2)完全はく離型である正方形柱の同期領域では、後方に形成されるカルマン渦の強さが強化され、その結果フィードバック現象によって前縁からはく離するせん断層の巻き上がりが強まり、流体力は同期領域で急激に増大する。
(3)前縁はく離渦型矩形柱を並進または回転振動させた場合、同期領域では前縁はく離渦と後縁はく離渦との位相が一致する。その結果後方に形成されるカルマン渦は強化され、フィードバック現象によって周辺の流れの変動が増大し、流体力は急激に大きくなる。
(4)前縁はく離渦型矩形柱におけるカルマン渦のフィードバック機構を明らかにするために、背後にスプリッタプレートを付けてカルマン渦を制御した結果、同期領域ではカルマン渦のフィードバック現象が存在するが、非同期領域では存在しない。