2016 Fiscal Year Research-status Report
航空機後流現象活用のための数値計算とPIV計測による後流解析法の確立
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16K06884
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
松島 紀佐 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (40332514)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 飛行機後流 / 非接触圧力計測 / PIV実験 / 後流積分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H.28年度においては，次の3つの課題に取り組んだ．
1) 翼や翼胴の後流の高精度数値解析指針策定 後流現象の数値解析について，格子密度が計算結果の流体現象に与える影響を調査した．機体後方の格子分布を段階的に細分化しながら，主に抵抗値や後流現象を観察した．物体表面垂直方向の最小格子間隔⊿Zや遠方境界位置Zmax，境界条件の取扱いなどが影響することが分かった．例えば，Reynolds平均Navier-Stokes（RANS）計算の場合の⊿Zは 0.02÷(一様流のレイノルズ数の平方根）程度細かいことが必要であることが分かった．予想外の収穫としては後退角の後流現象に与える顕著な影響の発見が挙げられる．
2) PIV圧力推定改良(翼胴への適用，測定誤差除去処理ツール) 計測誤差を人為的に入力データに混入させPIVPOSTで圧力推定した．誤差は実際の物理現象よりも空間的周波数が高いと思われるので，計測データを空間周波数で分解し，フィルター処理で除去した結果，誤差の影響が極めて小さくなる事を確かめた．また，複雑な後流に対するPIVPOSTの適用性を確かめた．翼胴機体や尾翼付き機体の後流の圧力推定にも適用し結果を検討し良好な推定結果を得た．
3) 後流積分で空力性能を算出するFF(Far Field)法の調査と簡単な対象での試験計算 後流積分において世界的に最先端であるONERA(フランスの航空宇宙研究機関)の研究成果である文献を調査し，その内容に基づきFF法空力係数算出ソルバーの開発に着手した．初期バージョンの作成は終了した．作製した初期バージョンを用い，翼の後流や翼胴機体の後流を用いて抵抗を算出し従来の方法から得た値と比較した．初期バージョンの結果として，まだ多少の誤差はあるが今後の改良で精度向上の見込みのある結果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前項の「研究実績の概要」のところで示した，3つの課題のうち，1) 翼や翼胴の後流の高精度解析指針策定 について，乱流モデルや遷移位置モデルのパラメトリックスタディの計算を種々行う予定であったが計算実行したシミュレーション数が十分でなく，有効な乱流モデル利用の指針を示せるためのデータがまだ揃っていない．そのため「やや遅れている」とした．また，H.28年度末までに査読付き学術雑誌論文を出版する予定であったが，投稿は行ったものの現在審査中であることも遅れと判断した．遅れの原因は，パラメトリックスタディのためのプログラム修正に予想より人手がかかってしまったこと．更に，これらの計算のために使用予定していたワークステーションの故障，また，業者との打ち合わせが不十分で新規購入の計算機の納入が遅れたためである．
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究実績の概要」のところで，示した3つの課題其々においての推進方策を述べる．
1）についてH.28年度で終了しなかった，乱流モデルや遷移位置モデルのパラメトリックスタディに関する遅れを解消するため，これらの数理モデルやそのパラメタ類と，数値計算によって捉えられた後流現象の，相互関係についてH.29年前半に集中して解析する．6月末までに結論を出す予定である．また，H.28年度の研究実施によって見出された，翼の後退角が後流現象へ顕著な影響を与える現象について，その相関性とメカニズムを解明する．このメカニズム解明は，シンプルな形状の翼単体形状を対象に行う．横流れの影響などに注意したい．
2）については，PIV計測圧力推定を流体空間における非接触圧力計測法として成熟させることを目指して，次の2件の研究項目を設定し，H.29-30年度で遂行する．その2件とは，「PIV計測速度データにおいて，連続の式（速度ベクトルの発散=0）が満たされない場合について，物理現象の保持と計測誤差の最小化の観点から対応策の考案を行うこと」と「非定常状況の場合の圧力推定手法の開発」である．
3）については，H.28年度に開発したFF法空力係数算出初版ソルバーによるケーススタディを行い，初版計算法の誤差の原因を特定し，より高精度の空力係数値が得られるようにする．更に，抵抗値をその抵抗発生要因別に分別するための抵抗分解手法の（できれば，独自性を加味した）提案を行い，ソルバー開発に着手する．
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| Causes of Carryover |
本研究課題についての原著論文を学術雑誌に投稿し掲載可に至らせる予定でありましたが，投稿時期が遅くなり，未だ審査中です．そのため，学術雑誌掲載費用として支払いに当てるべき額が残ってしまいました．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，現在投稿中の論文の受理がされれば，その出版費用に充当させます．若し受理されなければ，論文を書きなおし，H.29年度の予定しております論文2本と合わせて，H.29年度中に3本の論文を出版する費用の一部と致します．
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[Presentation] APC-IIの集計結果2016
Author(s)
橋本敦, 青山剛史, 松尾裕一, 上野真, 中北和之, 浜本滋, 澤田恵介, 松島紀佐, 越智章生, 吉本稔
Organizer
第５４回飛行機シンポジウム
Place of Presentation
富山国際会議場（富山県）
Year and Date
2016-10-24 – 2016-10-25
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