2017 Fiscal Year Research-status Report
Porosity分布可変翼の動的空力特性の解明と突風荷重軽減に向けた応用
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16K06887
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
谷 泰寛 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80380575)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
麻生 茂 九州大学, 工学研究院, 教授 (40150495)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 航空機 / 主翼 / 突風荷重軽減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、航空機の突風荷重軽減のために、翼内部に設置した流体を通過可能なPorosity分布可変機構を提案し、その流体現象を明らかにし、突風時の動的空力特性を解明することにより、小型機への適用も考慮した機構の実現を目的としている。
２年目の研究では、Porosity領域変化による効果を把握することを目的として、前年度の成果で効果が期待できる形態として、翼前縁付近に集中させたPorosity分布について、新たな風洞試験翼模型を設計・製作し、風洞試験及び数値解析を実施した。NACA0015翼型を基本翼型とし、翼内部の気流通過には、翼表面に密に配置した多孔表面と翼内部の可動ベーンの組み合わせにより、突風による翼上下面の圧力変化によるPassive ventilation機構を適用した。可動ベーンはヒンジによる回転機構を採用し、突風による圧力差が生じた場合にベーンが開くものにした。製作した風洞試験模型を用いて、九州大学の低速風洞において、迎角を変化させつつ、Porosity分布、突風強さ、突風周波数をパラメータとして、３分力天秤による非定常空気力、小型５孔ピトー管による気流計測により、突風荷重軽減効果についてのデータを取得した。また、突風荷重軽減効果と翼上面の気流の剥離の関係についての検討を進め、突風時の受動的な剥離促進による突風荷重軽減効果について、風洞試験によりその有効性を明らかにした。
数値解析においては、風洞試験と対応させた２次元CFD解析を実施し、本機構による翼まわりの流れ場と圧力分布の変化についての知見を得た。さらに、Activeな機構について検討を進め、翼表面の開孔部の開閉機構の設計を行った。
これら本年度の成果について、国際学会１件と国内学会３件の発表を行うとともに、Webページによる公表を行った。また、次年度の国際学会及び国内学会へ各１件の応募が採択された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Porosity分布可変翼について、パラメータを変更させて風洞試験において非定常計測を行うことにより、突風荷重軽減の実証データを取得し、Porosity分布と突風荷重軽減効果に関する相関データを取得した。その結果、最適なPorosity分布に関する知見を得ることができた。また、ActiveなPorosity開閉機構についての設計を実施した。また、数値解析においては、２次元解析により、Porosity翼まわりの流れ場についての知見を得た。また、これらの成果について、本年度は国際学会に１件、国内学会にて３件の発表を行った。以上、実験的研究と数値的研究、及び、成果の公表について、総合的に見て、当初の計画に対して現在までおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに判明した、翼前縁付近に集中したPorosity分布について、さらに最適なPorosity分布と内部流機構を明らかにする。また、より効果が高く幅広い応用に向けたActiveなPorosity分布可変翼について、まず２次元風洞試験により基本特性データの取得を行う。センサによる突風検出に基づき、アクチュエータによりPorosity開孔機構を駆動するActiveな機構を翼模型内に組込み、突風荷重軽減効果と実現性の検討を行うとともに、機構の質量と寸度推算から、航空機の飛行性能・特性への影響を明らかにする。
風洞実験においては、最適化されたPassiveなPorosity分布翼、及び、ActiveなPorosity分布可変機構を組み込んだ風洞試験模型により、基本特性を取得するための２次元風洞試験を実施する。さらに、３次元翼模型の製作を行い、静的及び動的な風洞試験を実施する。計測にあたっては、突風時の応答特性データを計測し、機構の有効性、分布との相関データを取得する。３次元模型については九州大学所有の低騒音風洞を使用し、風路内に模型をワイヤーで吊り下げた懸吊風洞試験を実施することで、突風時の機体動揺の評価を行う。
数値的研究としては、新たに検討したPorosity分布可変翼について3次元CFD解析を実施し、Passive 及びActiveなPorosity分布可変機構による流れのメカニズムを明らかにする。さらに、運動解析シミュレーションを行い、本機構による突風荷重軽減の機体動揺低減への寄与について明らかにする。
以上の成果につき、Porosity分布可変翼における非定常流れ場と動的特性の解明、及び、突風荷重軽減への効果について、現象のメカニズムを理解するとともに系統的にまとめ、国内外の学会発表、論文執筆、Webページによる公表を行う。
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| Causes of Carryover |
風洞試験模型の製作にあたって、前年度に製作した模型及び電子部品等を流用して製作を行ったこと、前年度の余剰資材を有効に活用したこと、及び、金属部品の代わりに樹脂材料を多用したことで切削用刃物の購入が不要になったこと等により、当初計画と比較して資材の購入金額が下がり、物品費の支出が低く抑えられた。これらのことが主な要因となり、平成２９年度支出は当初予定よりも少ない支出額となった。
昨年度までの研究において確実な研究成果が得られており、この成果を元に今後の成果が期待されることから、平成３０年度は海外における国際学会へ２件の成果発表を予定しており、この次年度使用額は、そのための旅費および学会参加費として使用する計画である。
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