2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an integrated tool for visualizing unsteady flow in aerodynamic design
| Project/Area Number |
16H04582
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
浅井 圭介 東北大学, 工学研究科, 教授 (40358669)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 大樹 東海大学, 工学部, 講師 (20551534)
三坂 孝志 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20645139)
大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80183028)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 航空宇宙工学 / オプチカルフロー / 感圧塗料 / 感温塗料 / せん断応力 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に開発した計測技術の実証風洞試験に着手した。非定常圧力分布計測については、高輝度光源と高速度CMOSカメラからなる計測システムを構築し、高速応答感圧塗料技術の改善と高精度化に取り組んだ。これまで低速実験では信号成分がセンサノイズに埋もれてしまい、感圧塗料による非定常計測は難しいと考えられていたが、本研究では「特異値分解法」（SVD）や「動的モード分解法」（DMD）などの信号処理技術を使用し、高速度カメラの時系列画像から信号成分のみを高精度で抽出することを試みた。実験には様々なサイズの角柱を使用し、カルマン渦の放出による150Hzから2kHzまでの周波数の圧力変動の計測に挑んだ。その結果，SVDなどを用いることで感圧塗料のノイズフロアが10分の1に低減し、周波数1.8kHzの変動成分が捉えられることを明らかにした。
一方、壁面せん断応力分布計測については、オプチカルフロー計測に共通の光源とカメラからなる計測システムを構築し、計測された画像を処理してオプチカルフロー方程式を解く汎用アルゴリズムを開発した。オプチカルフロー方程式の解法を開発する上で最重要の課題の１つは、信号処理のロバストネスである。従来の「変分法」ではラグランジュ定数の選び方に解が大きく左右されるのに対して、時空間画像群に対する「線形最小二乗法」を利用した新しい手法を提案し、微小移動量を安定して推定できるロバストで高精度な信号処理の実現に成功した。
オプチカルフロー計測を非定常現象に拡張するため、油膜の代わりに感温塗料を用いる手法の開発に着手した。非定常温度場の計測データにオプチカルフロー方程式を適用して、せん断応力場を同定する新しい手法を定式化し、実験に適用したところ、限られた条件ではあるが、本手法のポテンシャルを示す結果が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成29年12月にせん断応力計測に使用していた科学計測用CCDカメラと紫外線LED光源に不測の故障が発生した。カメラは検査の結果、すぐに機能を回復したが、光源の方は交換用部品の海外調達が必要となった。このため感温塗料を用いたせん断応力計測の再開までに3カ月以上の期間を要し、年度内でのアルゴリズムの構築が出来なくなった。予定していた研究項目のうち、実証試験（圧力：感圧塗料）、データ解析・評価（感圧塗料）、実証試験（せん断応力：油膜法）、データ解析・評価（油膜法）については順調に行えている。一方、実証試験（せん断応力：感温塗料）については、年度内に達成するのは難しいと判断し、予算の繰り越し申請を行うことにした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度(平成30年度)の7月末まで平成29年度予算の繰越しし申請をし，積み残された課題であるデータ解析・評価（感温塗料）とアルゴリズム構築を平成30年7月までに達成する．
|
