翼の剛性制御と境界層制御機能を有するスマート翼振動方式水中推進器の研究開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18686070
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 和田 大志 Yokohama National University, 大学院・工学研究院, 准教授 (60359700)
• Keywords: アクチュエータ / インテリジェント材料 / ヒレ推進 / センサー / 知能機造 / PIV / バイオメカニズム / 流れの可視化

Research Abstract

前年度までの研究により、水中振動翼周囲の流場観察を定量的に行うため、振動翼の推進性能を測定しうる2次元PIV装置付小型回流水槽装置を製作し、振動翼の性能と振動翼の振動数や振幅や流場等の関連性についての基礎データを得ることができた。そこで、翼表面を磁気感応型形状記憶合金の薄膜で覆い、翼表面の粗度を変化させることにより、境界層の乱流遷移ならびに翼表面摩擦抵抗の能動制御を行うことができる知能構造の機能を持たせることを最終目的としている。このようなスマート翼振動方式の水中推進器の研究開発は過去例がない。ここではまず、TiNi形状記憶合金の薄膜を用いて表面にリブレットを形成しリブレットの形状や傾き等をレイノルズ数に応じて能動的に制御させることにより、摩擦抵抗あるいは剥離に対し推進時の流速に応じて最適な表面凹凸形状を得られるような翼を開発することとした。そのための予備実験として、まず、アクリル製の翼表面に多くの凹凸を付け、揚抗比特性を調べた。表面凹凸における、各凹凸の大きさ、凹凸の形状等によって、揚抗比ならびに失速角が変化することが観察された。簡単に言えばゴルフボールのディンプルのような役目を果たしていることが分かった。凹凸の状況によっては、揚抗比ならびに失速角の向上が観察され、その翼周囲の流場の観察も行った。これらの結果をもとにして、凹凸が変化する、あるいは、凹凸が生じたり消えたりするスマート翼の開発に結び付けることが出来ることが分かった。