Investigation of interaction effect between a three-dimensional boundary layer and a streamwise vortex in a transonic flow using particle image velocimetry specialized for boundary layer measurement

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17979
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 小池 俊輔 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (40547064)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 衝撃波 / 縦渦 / ボルテックスジェネレータ / 剥離 / 遷音速流れ

Outline of Annual Research Achievements

遷音速条件の航空機（現在の旅客機の主流）に有害である衝撃波振動を抑制するためのデバイスであるボルテックスジェネレータ（以下VG,　翼片であり，気流方向に軸をもつ渦である「縦渦」を発生する）について調査した．報告者らの過去の研究により，遷音速条件の翼面上では，スパン方向に流れが生じる（横流れがある）後退角のある翼では，スパン方向に流れが生じない（横流れがない）後退角のない翼に比べて，VGの効果が著しく広がることが明らかとなっていた．本研究では，この理由を明らかにすることを目的として風洞実験を行った．
ステレオPIV（粒子画像流速計測法）装置をJAXA 0.8m x 0.45m高Reynolds数風洞に導入し，気流と平行な断面を複数断面計測することにより，横流れのない系におけるVGが発生する微小縦渦の詳細な速度分布の取得に成功した．その結果，縦渦の上昇流側において主流方向速度成分が著しく低下することを明らかにした．これは数値流体解析により，横流れの有無における原因として予測されていた結果であり，数値解析の定性的な妥当性の証明を達成するとともに，横流れのない系でVGの効果が抑制される原因を実験により証明したことになる．横流れのある系については，測定可能領域と現象の発生領域との不一致の問題から，詳細な情報を取得するには至らなかった．非定常現象を取得するための時系列PIVについては，詳細な物理情報の取得には至らなかったものの，計測技術の導入試験を成功裏に終えた．