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

2001 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
東北大学流体科学研究所の小型風洞を用いた実験においては、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においてキャビティ内に垂直にアクチュエータを配置するという新しい試みが予想以上効果的であることが判明し、制御効果は飛躍的に進歩を遂げ、乱流はく離している条件下においても騒音レベルを大幅に低減できることが示された。
この成果を受け、鉄道総合技術研究所の大型風洞を用いたより実用に近いレイノルズ数における実験を試みたが、騒音低減効果は見られたものの、その程度は小型風洞における実験に比べて小さく、期待されたような成果は得られなかった。現在その原因の分析を進めており、アクチュエータの振動振幅が不足していたこと、流れが発生される音のピークそのものが弱かったことなどが原因として浮上してきている。次年度に予定している鉄道総合技術研究所の大型風洞における実験において、大型化したアクチュエータによる制御を行う準備を進めている。本研究のシステムの実用化の観点からは極めて重要な位置付けの実験となる。
2.数値シミュレーションによる研究
圧縮性ナビエストークスコードによりキャビティから発生する音を計算する努力を引き続き行っているが、音が受容過程を経て流れに影響を及ぼすため、計算はうまくいっていない。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: "キャビティ内渦構造のスパン方向波長制御による空力発発生音の低減"日本機械学会論文集(B編). 68・665. 72-78 (2002)
• [Publications] 横川 譲, 福西 祐, 菊池 聡: "薄型セラミックアクチュエータによるキャビティ上の流れと発生音の動的制御"日本機械学会論文集(B編). 67・661. 2218-2225 (2001)
• [Publications] Y.Yokokawa, Y.Fukunishi: "Reduction of Aerodynamic Noise Generation at the Cavity by Active Flow Control Using Thin Ceramic Actuator Pieces"International Journal, Theoretical and Applied Mechanics. Vol.50. 281-287 (2001)
• [Publications] 横川 譲, 福西 祐, 伊澤 精一郎: "キャビティ流れの動的制御による乱流はく離騒音の低減"日本流体力学会誌. 20巻別冊. 307-308 (2001)
• [Publications] 福西 祐, 他2名: "乱流はく離しているキャビティ流れの動的制御"日本機会学会2001年度年次大会講演論文集. (II)01-1. 165-166 (2001)
• [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)