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2015 Fiscal Year Annual Research Report

DBDプラズマアクチュエータの実利用に向けた性能実証に関する研究

Research Project

Project/Area Number 15H02324
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

藤井 孝藏  東京理科大学, 工学部, 教授 (50209003)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 野々村 拓  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 助教 (60547967)
安養寺 正之  九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (70611680)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsプラズマアクチュエータ / 流体制御 / マイクロデバイス / 小型風洞 / 高精度シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

実験と数値解析を並行して実施した.小型風洞を用いた低レイノルズ数実験では,さまざまなパラメータのもとでこれまで得てきた知見の有効性を確認した.取得実験データにデータマイニング技術を適用した結果,翼後縁圧力と揚抗比に強い相関があること,翼前縁圧力と揚力に強い相関があることが明らかとなった.また,画角を拡大したPIVを実施することで,層流剥離泡の大きさ,せん断層の厚さといった情報を明らかにできた,連続駆動の条件を除きCFDとほぼ同じ流れ場構造が実験でも観察されたが,連続駆動の条件に関しては, CFDよりも多少の効果の違いや乱流遷移の位置の異なりが観測されている.次年度以降に行う幅広いレイノルズ数での翼周り流体制御の試験への準備は概ね順調に進んだ.
CFDに関しては,2次元シミュレーションを利用して,フィードバック制御パラメータの詳細を議論した.また,巡行時を対象とした制御シミュレーションを実施し,抵抗低減による翼の揚抗比改善が確認でき,この技術が失速制御だけでなく,幅広い流れ条件に有効であることを実証した.ただ,乱流遷移の遅延化,2次元的な渦構造の維持など新たな面も発見され,次年度以降さらなる議論が必要である.また,風車など回転機器への適用に向けて動的失速の制御シミュレーションを実施した.通常20%程度のスパン長で周期条件を与えるが,2次元翼が前縁からの大規模剥離を生ずる場合についてはこれではスパン方向の効果が正しく評価されず,コード長程度のスパン領域が必要であることがはじめて示された.コード長を十分にとることで実験結果がよく再現できる.
プラズマアクチュエータとシンセティックジェットの流体制御効果をシミュレーションで比較し,限られた条件ではあるが,定性的には同じメカニズムを利用していることを明らかにした.
計算手法の面でも,すでに多数の成果が出ている.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

代表者の所属が申請時から変化したが大きな問題はなく,実験,シミュレーションとも概ね予定通りに進んでいる.
実験面では,これまで以上に幅広い条件下でのプラズマアクチュエータの効果について評価を実施し,有用な実験結果を得るとともに連続駆動のケースについて数値シミュレーションにおけるプラズマモデルの検討の必要性を確認できた.また,データマイニング技術の利用が有効であることが確認できたので,次年度以降さらに詳細の解析を進める.
平成 28年度以降に行う幅広いレイノルズ数での翼周り流体制御の試験,動的失速の流体制御試験,フィードバック制御試験の準備,模型の制作,治具の構築などは予定通り実施している. 実験で計測可能な電流量の不足から予定していた高電圧発生装置を変更した結果,納入が遅れたが大きな問題はない.次年度の大型模型試験で利用予定であった天秤は予算減を考慮して購入・制作せず,JAXA/ISASの惑星大気風洞所有のものを実験期間を工夫することで利用する.模型制作は予定通り進んでいる.
シミュレーション面では以下の通りである.
平成27年度のみ,戦略プログラム「次世代ものづくり」の課題1プロジェクトの最終年度として,本研究の成果も活かしてプラズマアクチュエータに関する大規模シミュレーションを多数実施している.比較的計算機資源を要求しない2次元のフィードバック制御シミュレーションにおいて一定の成果が出たので次年度は3次元における本格的なシミュレーションの実施を予定する.なお,京を利用した論文リストのうち,大規模シミュレーションの成果に関するものの多くは,本研究での大学院学生らの成果と上記プロジェクトにおけるJAXA招聘研究員の合同の成果であることを付記しておく.次年度は京コンピュータの資源がないので,計算機利用のための費用等が発生する可能性がある.

Strategy for Future Research Activity

全体に研究計画の大きな変更はない.予定通り,平成28年度にJR東海の風洞を利用した幅広いレイノルズ数流れに対する実験を行う.これにより小型風洞およびシミュレーションで得られたプラズマアクチュエータの適用範囲がより明確にできると考えている.小型風洞を利用した実験では,(1)非定常圧力センサーを利用した実験,(2)CFDで得られた「巡航条件下でのプラズマアクチュエータの有効性」を確認する実験を進める.前者はPIVの局所観測と合わせて前縁剥離渦の非定常変動や2次元渦維持の状況などを確認する.後者については,さらに幅広いパラメータ下での試験の実施とデータマイニング技術の利用によって制御を支配する重要なパラメータの明確化を進める.加えて,フィードバック制御を組み込んだ実験を準備したい.治具,偏角装置などの確認が出来た段階でピッチング振動する翼への適用を始める.
CFD面では,実験結果をフィードバックしたシミュレーション,優れた翼,単純翼のそれぞれについてプラズマアクチュエータのパラメータ変化で抜けているところを洗い出し,グリッドサーチ的なデータを用意することで,データマイニング技術のさらなる適用を進めていく.産業界の研究協力者とは産業実利用への適用をときどきに議論しているので,これを継続するとともにさらなる適用先も模索していきたい.

  • Research Products

    (40 results)

All 2016 2015

All Journal Article (16 results) (of which Peer Reviewed: 12 results) Presentation (24 results)

  • [Journal Article] Conservative high-order conservative flux-reconstruction scheme on moving and deforming grids,2016

    • Author(s)
      Y. Abe, T. Haga, T. Nonomura and K. Fujii
    • Journal Title

      Computers & Fluids, accepted for publication

      Volume: 未決定 Pages: 未決定

    • DOI

      10.1016/j.compfluid.2016.03.024

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computational studies on flow separation controls at relatively low Reynolds number regim2015

    • Author(s)
      K. Fujii
    • Journal Title

      Advances in computation, modeling and control of transitional and turbulent flows

      Volume: 1 Pages: 166-176

    • DOI

      ISBN 978-981-4635-15-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multifactorial effects of operating conditions of dielectric-barrier-discharge plasma actuator on laminar-separated-flow control2015

    • Author(s)
      M. Sato, K. Okada, H. Aono, A. Yakeno, K. Asada, T. Nonomura, and K. Fujii
    • Journal Title

      AIAA Journal

      Volume: 53 Pages: 2544-2559

    • DOI

      10.2514/1.J053700

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computational and experimental analysis of flow structures induced by a plasma actuator with burst modulations in quiescent air2015

    • Author(s)
      H. Aono, S. Sekimoto, M. Sato, A. Yakeno, T. Nonomura and K. Fujii
    • Journal Title

      Bulletin of the JSME Mechanical Engineering Journal

      Volume: 2 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1299/mej.15-00233

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Separation-control based on turbulence transition around 2D hump at different Reynolds numbers2015

    • Author(s)
      A. Yakeno, S. Kawai, T. Nonomura and K. Fujii
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Fluid Flow

      Volume: 55 Pages: 52-64

    • DOI

      10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.07.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effects of actuation frequency on the separation control over an airfoil using a synthetic jet2015

    • Author(s)
      Y. Abe, K. Okada, T. Nonomura, and K. Fujii
    • Journal Title

      Progress in Flight Physics, Vol. 7 TORUS PRESS

      Volume: 7 Pages: 147-168

    • DOI

      10.1051

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] LES of transient flows controlled by DBD plasma actuator over a stalled airfoil2015

    • Author(s)
      K. Asada, T. Nonomura, H. Aono, M. Sato, K. Okada and, K. Fujii
    • Journal Title

      International Journal of Computational Fluid Dynamics

      Volume: 29 Pages: 215-229

    • DOI

      10.1080/10618562.1032271

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanisms for laminar separated-flow control using dielectric-barrier-discharge plasma actuator at low Reynolds number2015

    • Author(s)
      M. Sato, T. Nonomura, K. Okada, K. Asada, H. Aono, A. Yakeno, Y. Abe, and K. Fujii
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 27 Pages: 117101

    • DOI

      10.1063/1.4935357

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison of numerical methods evaluating airfoil aerodynamic characteristics at low Reynolds number2015

    • Author(s)
      D. Lee, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Journal Title

      Journal of Aircraft

      Volume: 52 Pages: 296-306

    • DOI

      10.2514/1.C032721

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanisms of surface pressure distribution within a laminar separation bubble at different Reynolds numbers2015

    • Author(s)
      D. Lee, S. Kawai, T. Nonomura, M. Anyoji, H. Aono, A. Oyama, K. Asai, K. Fujii
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 27 Pages: 023602

    • DOI

      10.1063/1.4913500

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] On the freestream preservation of high-order conservative flux-reconstruction schemes2015

    • Author(s)
      Y. Abe, T. Haga, T. Nonomura and K. Fujii
    • Journal Title

      Journal of Computational Physics Vol.281

      Volume: 281 Pages: 28-54

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2014.10.011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new technique for freestream preservation of finite-difference WENO on curvilinear grid2015

    • Author(s)
      T. Nonomura, Daiki Terakado, Y. Abe and K. Fujii
    • Journal Title

      Computers & Fluids

      Volume: 107 Pages: 242-255

    • DOI

      10.1016/j.compfluid.2014.09.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 流体制御を利用した輸送システム・流体機器設計概念の革新を目指して ー「京」利用による流れ現象理解と制御パラメータの発見2015

    • Author(s)
      藤井孝藏,野々村拓,青野光,佐藤允,焼野藍子
    • Journal Title

      計算工学会

      Volume: 20 Pages: 3328-3331

  • [Journal Article] プラズマアクチュエータの動向―はじめに―2015

    • Author(s)
      野々村拓,瀬川武彦,深潟康二,松野隆,清水一男,白石裕之
    • Journal Title

      プラズマ核融合学会誌

      Volume: 91 Pages: 648-650

  • [Journal Article] プラズマアクチュエータの動向―基礎的な流れ場に対する実験的・数値的研究―2015

    • Author(s)
      深潟康二,青野光,藤井孝藏,山田俊輔,石川仁,松野隆
    • Journal Title

      プラズマ核融合学会誌

      Volume: 91 Pages: 657-660

  • [Journal Article] プラズマアクチュエータの動向―流体計測法―2015

    • Author(s)
      松野隆,本阿弥眞治,藤井孝藏,関本諭志,飯田明由
    • Journal Title

      プラズマ核融合学会誌

      Volume: 91 Pages: 661-664

  • [Presentation] Conservative flux-reconstruction schemes towards high-fidelity flow simulation around complex geometries2016

    • Author(s)
      Y. Abe, T. Haga, T. Nonomura, I. Morinaka, K. Miyaji, and K. Fujii
    • Organizer
      Workshop on Next Generation Transport Aircraft 2016
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-02-22 – 2016-02-25
  • [Presentation] Significance of computational spanwise domain length on LES for the flowfield with large vortex structure2016

    • Author(s)
      H. Fukumoto, H. Aono, T. Nonomura, A. Oyama and K. Fujii
    • Organizer
      AIAA Scitech 2016
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2016-01-04 – 2016-01-08
  • [Presentation] Experimental study of effects of frequency for burst wave on a DBD plasma actuator2016

    • Author(s)
      S.Sekimoto, T.Nonomura and K.Fujii
    • Organizer
      AIAA Scitech 2016
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2016-01-04 – 2016-01-08
  • [Presentation] DBDプラズマアクチュエータと シンセティックジェットを用いた翼周り剥離流れの制御効果の比較2015

    • Author(s)
      阿部圭晃,佐藤 允,野々村拓,藤井孝藏
    • Organizer
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学 筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-17
  • [Presentation] 大規模渦構造を伴う翼周り流れ場の LES の解析における スパン方向計算領域の影響について2015

    • Author(s)
      福本浩章,青野光,田中元史,松田寿,大迫俊樹,野々村拓,大山聖,藤井孝藏
    • Organizer
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学 筑紫キャンパス
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-17
  • [Presentation] DBDプラズマアクチュエータによるフィードバック剥離制御法の検討~第一報~2015

    • Author(s)
      小川拓人,浅田健吾,立川智章,藤井孝藏
    • Organizer
      日本機械学会流体工学部門A-TS05-24研究会”プラズマアクチュエータ研究会-第3回シンポジウム
    • Place of Presentation
      鳥取大学
    • Year and Date
      2015-12-04 – 2015-12-05
  • [Presentation] 自己組織化マップを用いた圧力欠損データの補完~第一報~2015

    • Author(s)
      加藤雄介,立川智章,藤井孝藏
    • Organizer
      日本機械学会流体工学部門A-TS05-24研究会”プラズマアクチュエータ研究会-第3回シンポジウム
    • Place of Presentation
      鳥取大学
    • Year and Date
      2015-12-04 – 2015-12-05
  • [Presentation] DBDプラズマアクチュエータによる 低レイノルズ数・高性能翼型の剥離制御2015

    • Author(s)
      松原暁良,関本諭志,Taufik Sulaiman,野々村拓,藤井孝藏,西田浩之
    • Organizer
      第93回日本機械学会流体工学部門講演会
    • Place of Presentation
      東京理科大学 葛飾キャンパス
    • Year and Date
      2015-11-07 – 2015-11-08
  • [Presentation] DBDプラズマアクチュエータを用いた 低レイノルズ数における翼剥離制御の 実験的パラメトリックスタディ2015

    • Author(s)
      松原暁良,関本諭志,Taufik Sulaiman,野々村拓,藤井孝藏,西田浩之
    • Organizer
      日本流体力学会 2015 年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-26 – 2015-09-28
  • [Presentation] Effect of interval of spanwise-modulated local forcing on mechanisms of flow separation control2015

    • Author(s)
      A. Yakeno, Y. Abe, S. Kawai, T. Nonomura and K. Fujii
    • Organizer
      Turbulence Heat and Mass Transfer (THMT'15)
    • Place of Presentation
      Sarajevo, Bosnia and Herzegovina
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-18
  • [Presentation] 低レイノルズ数領域における高性能翼と剥離制御された単純翼の空力性能の比較2015

    • Author(s)
      浅野兼人,佐藤允,野々村拓,大山聖,藤井孝藏
    • Organizer
      日本機械学会 2015 年度年次大会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 複数のプラズマアクチュエータを用いた翼周り剥離制御のLES2015

    • Author(s)
      佐藤允,加藤宏基,青野光,焼野藍子,野々村拓,藤井孝藏
    • Organizer
      日本機械学会 2015 年度年次大会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] DBDプラズマアクチュエータのバースト駆動における剥離制御メカニズムの実験研究2015

    • Author(s)
      関本諭志,野々村拓, 藤井孝藏
    • Organizer
      日本機械学会 2015 年度年次大会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Validation of numerical analysis to estimate airfoil aerodynamic characteristics at low Reynolds number region2015

    • Author(s)
      D. Lee, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Organizer
      Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
  • [Presentation] Reynolds number dependence of airfoil shape and aerodynamic charactertistics at low Reynolds number2015

    • Author(s)
      D. Lee, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Organizer
      30th International Symposium on space Technology and Science
    • Place of Presentation
      Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-04 – 2015-07-10
  • [Presentation] 翼周り剥離流れ制御におけるシンセティッ クジェット駆動周波数と流れの不安定周波数の比較2015

    • Author(s)
      阿部圭晃,野々村拓,藤井孝藏
    • Organizer
      第 47 回流体力学講演会/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 生産技術研究所
    • Year and Date
      2015-07-02 – 2015-07-03
  • [Presentation] Characteristics of pressure distribution and skin friction within the laminar separation bubble at different Reynolds numbers2015

    • Author(s)
      D. Lee, S. Kawai, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Organizer
      9th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Year and Date
      2015-06-30 – 2015-07-03
  • [Presentation] Contribution of large-scale vortex and fine-scale turbulent structure in separated flow control using DBD plasma actuator2015

    • Author(s)
      K. Asano, K. Asada, H. Kato, M. Sato, T. Nonomura, A. Oyama and K. Fujii
    • Organizer
      AIAA Aviation 2015
    • Place of Presentation
      Texas, USA
    • Year and Date
      2015-06-22 – 2015-06-26
  • [Presentation] Fully-conservative high-order FR scheme on moving and deforming grids2015

    • Author(s)
      Y. Abe, T. Nonomura, and K. Fujii
    • Organizer
      AIAA Aviation 2015
    • Place of Presentation
      Texas, USA
    • Year and Date
      2015-06-22 – 2015-06-26
  • [Presentation] Control of dynamic flowfield around pitching NACA0012 and NACA633618 airfoils by a DBD plasma actuator2015

    • Author(s)
      H. Fukumoto, K. Asano, H. Aono, T. Watanabe, M. Tanaka, H. Matsuda, T. Osako, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Organizer
      5th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2015-06-15 – 2015-06-18
  • [Presentation] Linear stability analyses and large eddy simulations for acoustic wave generation mechanism of a transitional supersonic jet2015

    • Author(s)
      T. Nonomura and K. Fujii
    • Organizer
      5th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2015-06-15 – 2015-06-18
  • [Presentation] Two- and three-dimensional numerical analysis for flow field characteristics at various low Reynolds numbers2015

    • Author(s)
      D. Lee, T. Nonomura, A. Oyama, K. Fujii
    • Organizer
      5th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2015-06-15 – 2015-06-18
  • [Presentation] Efficient evaluations of symmetric-conservative metrics for high-order finite-difference scheme on a rotating grid2015

    • Author(s)
      Y. Abe, H. Aono, T. Nonomura, and K. Fujii
    • Organizer
      2nd Frontiers in computational physics conference
    • Place of Presentation
      Zurich, Switzerland
    • Year and Date
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [Presentation] HPCIが創る「流れ」の新展開,” 海洋地球インフォマティクス2015, 地球シミュレータからの新しい展開2015

    • Author(s)
      藤井孝藏
    • Organizer
      国立研究開発法人海洋研究開発機構主催シンポジウム
    • Place of Presentation
      政策研究大学院大学
    • Year and Date
      2015-05-13 – 2015-05-13

URL: 

Published: 2017-01-06  

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