レーザー利用による非接触型表面摩擦測定法

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555300
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 久保田 弘敏 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30114466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 綿貫 忠晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00182965)
• Keywords: 表面摩擦 / 摩擦抵抗 / 蛍光塗料 / レーザー / 平板 / 翼形 / 境界層遷移

Research Abstract

平板上の空気摩擦力を非接触で精度よく測定できれば、層流から乱流への遷移の予測等が正確に行え、流れの安定性の研究の発展に大きく貢献できる。平板のみでなく、曲面上の空気摩擦力を測定できれば、航空機の翼面や胴体の摩擦抵抗を知ることができ、実用化の可能性が高くなる。
本方法は、物体表面に置いた薄いオイル膜が空気摩擦によって移動し、その厚さが変わることを利用し、オイル膜の厚さを測定することによって空気摩擦力を得る方法であり、当初、2本のレーザー光の、オイル膜表面で反射するものとオイル膜を透過するものとの干渉を物体に固定した光ファイバで受けることを原理としており、非接触かつ直接的、高精度で空気摩擦力を測定する方法を指向していた。さらに、最近、これと原理を同じくする蛍光塗料を利用する方法も提案されているので、両者による結果の比較を行うこととしている。蛍光塗料を利用する方法は、シリコンオイル内に蛍光塗料を含ませ、その強度はオイル膜の厚さに比例することから、蛍光強度を測定すればオイル厚さがわかることを原理としている。
本年度は、この方法を用いて研究を行い、次の成果を得た。
1. 迎角のない平板上の表面摩擦力係数を測定することにより、既存の方法より高精度かつ信頼性の高い結果が得られ、レーザー利用による方法および理論式による結果と良い一致をみた。
2. 迎角を有する平板上についても、重力の補正を加えることによって、上記と同様の結果を得た。
3. 迎角のない翼形(NACA0010)についても、曲率の補正を加えることにより、上記と同様の結果を得た。
4. 一連の研究において境界層遷移位置の確定が可能となった。

Research Products

• [Publications] 久保田弘敏ほか: "光ファイバの最新応用技術---空気摩擦センサ" 株式会社CMC出版, 7 (1986)
• [Publications] 久保田弘敏ほか: "レーザー計測ハンドブック" 丸善株式会社, 2 (1993)