2019 Fiscal Year Research-status Report
高密度マイクアレイと集束超音波音響流を用いた壁面圧力変動場に基づく乱流制御
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19K04176
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
中 吉嗣 明治大学, 理工学部, 専任講師 (10723421)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波音響流 / 乱流制御 / 壁乱流 / 圧力変動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，本研究で用いる2つの要素技術，高密度マイクアレイと超音波音響流アクチュエータの開発を実施した。高密度マイクアレイについては，従来の56chマイクアレイを168chに拡張し，乱流境界層における壁面圧力変動の計測を実施した。測定対象に合わせて，多数のマイクロフォンの配置を柔軟に構成できることを検証した。本計測では，壁面圧力変動の時系列2次元分布を得るために用いるスパン方向に配置されたアレイに加えて，壁面圧力変動の時間2点相関と流れ方向空間2点相関を直接比較するために，流れ方向に配置されたアレイを用いた。得られたデータを解析し，壁面圧力変動の移流速度を評価した。超音波音響流アクチュエータについては，流れ制御アクチュエータとしての基礎特性を調べた。最も簡単なアレイである素子2つおよび3つの場合について，それらの流れ特性が素子単体の場合とどのように異なるかを明らかにした。複数の素子を用いた場合，測定された音圧分布は，音波の重ね合わせから予測される分布形状と一致した。さらに，粒子画像流速測定法によって測定された流速分布は，音圧分布と対応した分布形状を示すことが確認された。素子数を増やすことで，誘起流速が増大することを示した。また，素子単体によって誘起される流れの安定性，すなわち流れが安定から不安定となる条件を明らかにした。さらに，本アクチュエータの誘起速度の増大を目的として，複数のトランスデューサの音波出力波形の位相制御を試みた。49個のトランスデューサを正方形状（7個×7個）に配置したアレイを実現するために，トランスデューサの配置，位相差の計算を実施した。多数のトランスデューサに独立した電力増幅器を用意した。今後，設計したアクチュエータを用いた集束超音波特性および誘起流特性を明らかにする。
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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
今年度は，本研究で用いる2つの要素技術，高密度マイクアレイと超音波音響流アクチュエータの開発を行った。高密度マイクアレイの高度化について，数百チャネルのマイクロフォンを同時に用いるような多チャンネル化が可能であることを確認した。超音波音響流アクチュエータの開発については，素子単体の性能評価が完了し，トランスデューサのアレイ化に取り組んでいる。特に，多数のトランスデューサの出力位相を適切に制御して，集束超音波を実現するための開発を継続している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は，まず，超音波トランスデューサアレイの開発に取り組む。7個×7個のトランスデューサアレイを製作するための，トランスデューサの配置，位相差の計算は完了している。多数のトランスデューサに独立した電力増幅器を実装し，開発したアレイの試験を行う。まずは，音圧分布を測定し，設計通りの集束超音波が形成されていることを確認する。その後，個々のトランスデューサから送出される超音波の位相を制御することで，超音波の集束点の位置を制御可能とする。さらに，アレイによって生ずる流れを粒子画像流速測定法によって計測し，その流れ特性を評価する。また，マイクアレイによる変動圧力場の測定に関しては，工学的に重要な逆圧力勾配を有する乱流境界層における測定を実施し，乱流制御につながる壁面圧力変動と乱流構造の関係解明を実施する。
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| Causes of Carryover |
超音波トランスデューサのアレイ化に際して，まずは少ない個数のアレイで性能検証を実施することとした。翌年度分と合わせて，トランスデューサアレイの構築に使用する。
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Research Products
(5 results)
