受容性を応用した空力キャビティ音抑制デバイスの試作研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11355009
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福西 祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60189967)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中橋 和博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00207854) ; 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476) ; 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202) ; 井門 敦志 (財)鉄道総合技術研究所, 技術支援部風洞技術センター, 技師(研究職)
• Keywords: 流れの制御 / ピエゾ素子 / 空力音 / 非構造グリッド / 数値シミュレーション

Research Abstract

1.風洞実験による研究
初年度PVDF圧電フィルムによりキャビティを越えるはく離流を制御し、キャビティ音を抑制する試みが小型風洞を用いた実験において成果を収めたことを受け、より汎用性が見込まれるデバイスとして浮上したセラミックピエゾ素子によりキャビティ音を抑制する実験を精力的に行ってきた。その結果は予想通りの成果を挙げている。そして、その次の段階としてのレイノルズ数を高くした流れ、特に上流の境界層が乱流化してはく離する場合の流れを制御する実験も開始しており、これもまだ初期の段階ではあるが、発生音を下げることに成功している。
これらの成果を受け、次年度鉄道総合技術研究所の2種類の大型風洞を用いたより実用に近いレイノルズ数での実験に向けての準備を開始している。
2.数値シミュレーションによる研究
流れ場から発生する音を直接数値シミュレーションにより予測する試みは、渦輪同士の衝突、カルマン渦列を発生している2次元円柱から出る音の計算など、比較すべき実験結果があるようなテストケース、しかも単純な流れにおいては成果が上がっている。しかしながら、この計算には膨大な計算時間を要し、キャビティのような流れ場から発生する音の計算に適用することは困難であることが明らかになってきたため、流れの計算と音の計算を分離し、数値シミュレーションによる研究は、どの向きの渦度変動がピエゾ素子により導入されているのか、といった流れの制御効果の詳細を調べる目的に絞って用いる方向で進めようとしている。

Research Products

• [Publications] 横川譲,福西祐: "薄いセラミックアクチュエータによりキャビティから発生する空力騒音を低減させる能動制御"第50回理論応用力学講演会講演論文集. 195-196 (2001)
• [Publications] Y.Yokokawa,Y.Fukunishi et al.: "Controlling a Separating Flow using Piezoelectric-Actuators"Proceedings of the 8th European Turbulence Conference. 950 (2000)
• [Publications] Y.Yokokawa,Y.Fukunishi et al.: "Suppression of Aero-Acoustic Noise by Separation Control using Piezo-Actuators"6th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf. 1931. 1-8 (2000)
• [Publications] 菊地聡,福西祐,大田黒俊夫: "ビエゾフィルムを用いたキャビティ騒音の能動制御"日本流体力学会誌. 19・3. 200-206 (2000)
• [Publications] 横川譲,福西祐 他1名: "キャビティ流れの動的制御による発生騒音の低減"日本流体力学会誌. 19・別冊. 227-228 (2000)
• [Publications] 福西祐 他2名: "受容性を応用したキャビティ流れの動的制御"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. IV・1. 81-82 (2000)