2019 Fiscal Year Annual Research Report
Flow Morphing Technique by Plasma Actuator Jet
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17K06168
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
石川 仁 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (90311521)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 光 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (10623712)
本阿弥 眞治 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (30089312)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマアクチュエータ / 抵抗低減 / モーフィング / 流れの制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，流れの中におかれた物体に作用する流体抵抗を，プラズマアクチュエータで生成したジェットや渦によって物体周りの流れを変化させ，物体形状そのものの変形によって得られるのと同等の抗力低減を得る，フローモーフィング技術を創発することを目的とする．研究対象の物体は，流体抵抗が大きく，流体制御による抵抗低減の研究が少ない，軸対称の円板とした．円板の正圧面上流側に，直径20～40mmの同心円上のプラズマアクチュエータ電極を設置し，そこからジェットを噴出して物体周りの流れを変化させた．
フローモーフィングの効果を風洞実験により確かめた．一様流の速度に基づくレイノルズ数Reは5,000および10,000とした．低いRe＝5，000の流れで，約10％程度の抗力低減効果が得られた．そのときの円板周囲の流れ場測定より，速度せん断層の欠損がフローモーフィングによって回復する抵抗低減の傾向を示した．同じ抗力測定の実験を，別の風洞装置を用いて行ったところ，同様の抗力低減効果が得られ，低減効果の再現性も確認できた．プラズマの駆動条件については，電圧が5，6，7および8 kV，周波数が6，7，8，9および10 kHz を試した．その結果，エッジ径の効果については電極径が大きいほど，電圧および周波数の効果については値が大きいときが抗力低減の効果が大きくなることが明らかになった．
数値シミュレーションでは３次元で計算を行った．ジェット流速の増減パラメータに相 当する数値モデルの体積力Dcを0.025,0.05および0.1と変化させ，また実験同様，プラズマ電極径も20mmおよび40mmのものを計算した．数値シミュレーションによっても，実験と同程度の抗力低減効果が確認され，大きな低減効果を得られる電極径やDcの条件も実験とほぼ一致した．また，実験では計測の難しい円板表面上の圧力分布を取得することができた．
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