2019 Fiscal Year Research-status Report
Transient Airflow Structure and Aerodynamic Mechanism Caused by Attitude Motion of a Supersonic Aircraft Configuration with a Cranked-Arrow Main Wing
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19K04833
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
溝端 一秀 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00271875)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | クランクトアロー翼 / 姿勢変化 / 動的空力 / 流れの可視化 / 風洞試験 / CFD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究者は、マッハ２程度までの速度で飛行できる小型飛行実験機を提案しており、亜音速飛行性能と超音速飛行性能を両立させるために、主翼平面形状としてクランクトアロー形状を、主翼・尾翼の断面形状（翼型）としてダイヤモンド翼型を用いることを提案している。本研究では、クランクトアロー主翼を有する超音速機の動的空力（姿勢変化角速度による空力特性）のメカニズム解明を目指して、機体模型に姿勢変化角速度を与えつつ通風する「動的風洞試験」および同等条件の非定常CFD解析によって、機体表面の流れの剥離・再付着、クランクトアロー主翼が生成する渦系と尾翼の干渉、等の流れ構造を明らかにすることを狙っている。令和元年度の実績は以下の通りである。
１．煙流線法およびオイルフロー法による機体の周囲及び表面の流れ構造の解明： クランクトアロー主翼の動的空力メカニズムにおいては渦流れの空間的構造が重要であり、煙流線法による空間流れの可視化が肝要と考えられることから、煙流線法に焦点を絞った。高速度ビデオカメラをレンタルし、動的風洞試験において或る角速度でロール運動する機体模型の周囲流れについて、時間的および空間的に高精細な可視化を実施した。
２．非定常CFD解析による機体周りの流れ構造の解明： 動的風洞試験と同等の角速度でロール運動する機体模型の周りの非定常流をCFD解析によって解き、空間流線や表面圧力分布を可視化した。
３．２次元PIV法による機体周りの流れ構造の詳細な解明： 当初計画では汎用低出力レーザーと汎用ビデオカメラで極低速流での予備的計測を試みることとしていたが、先行的に高出力レーザー光源と高速度ビデオカメラをレンタルし、本格的なPIV計測に着手した。
４．総合的解析： 以上の取り組みを総合して、或る角速度でロール運動する機体の迎角増加に伴うロールダンピング増強や風見安定劣化のメカニズムを推定した。
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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
令和元年度は、実施項目毎に以下のように進捗のプラスマイナスがあるものの、総じておおむね順調に進展している。
１）煙流線法およびオイルフロー法による機体の周囲及び表面の流れ構造の解明： 当初計画として「煙流線法」および「オイルフロー法」による機体の周囲及び表面の流れ構造の解明を実施することとしていた。クランクトアロー主翼の動的空力メカニズムにおいては渦流れの空間的構造が重要であり、煙流線法による空間流れの可視化の優先度が高いと考えられることから、煙流線法に焦点を絞った。高速度ビデオカメラをレンタルし、当初計画以上に時間的および空間的に高精細な可視化を実施した。
２）非定常CFD解析による機体周りの流れ構造の解明： 当初計画通り、CFD解析によって機体周りの非定常空気流を解いた。
３）２次元PIV法による機体周りの流れ構造の詳細な解明： 当初計画では汎用低出力レーザーと汎用ビデオカメラで極低速流での予備的計測を試みることとしていたが、先行的に高出力レーザー光源と高速度ビデオカメラをレンタルし、本格的なPIV計測に着手した。これは当初計画を越える取り組みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度の取り組みを礎として、以下の事項に取り組む。
１．多様な姿勢変化角速度において、煙流線法と高速度ビデオ撮影によって機体周りの渦流れ構造を高精細に調べると共に、機体表面での剥離・再付着が予測される局面ではオイルフロー法で確認する計画である。
２．同様の事項を、CFD解析によっても調べる。その際、剥離流れを正確に捉えるために境界層メッシュを調整する。
３．令和元年度は高出力レーザー光源をレンタルし、レーザー光源の選定や取り扱いのノウハウを得たが、レンタル費用が嵩むことからPIV計測を十分に実施できなかった。そこで令和２年度には、高出力レーザー光源を購入し、PIV計測を本格的かつ継続的に実施する。
４．以上の３通りの取り組みによって得られたデータを総合的に解析・評価して、動的空力メカニズムを解明する。
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| Causes of Carryover |
残金は774円と極めて少額であり、有用な使途が当面無かったことから、次年度に繰り越して次年度交付額と合算して有効使用することとした。
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