2020 Fiscal Year Research-status Report
昆虫の翅の形態的特徴が非定常空力特性に及ぼす効果の研究
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19K04844
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岡本 正人 金沢工業大学, 工学部, 教授 (70462124)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 大輔 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (60507903)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 低レイノルズ数 / 風洞実験 / 非定常翼 / 昆虫の翅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
飛翔昆虫は、翅の羽ばたき運動によって推進力を得ると共に、高い運動性能を兼ね備えている。さらに、突風などの外乱に対しても優れた飛行能力を有する可能性がある。これらの翅には、定常翼としての空気力だけでなく羽ばたき運動による非定常空気力も作用することから、一様流中で運動をする翼に作用する非定常空気力を昆虫に相当するレイノルズ数の風洞実験によって調べた。しかし、翼にヒーヴィング運動（翼弦線に垂直な上下運動）をさせると翼には大きな慣性力が作用し、一様流中で風洞実験を行った際にこの慣性力を含んだ計測値から空気力成分を抽出する必要があり、計測が困難となる問題点がある。そこで今回は、翼模型は静止させた状態で、風洞にヒーヴィング運動を与えることで翼に流入する気流方向を変化させて翼に作用する非定常空気力を計測する方法を考案した。同時にこの方法において、風洞を瞬間的に移動させると翼に突風を与えることも可能である。当初は同一風洞で2種類の研究を行う予定であったが、サイン関数状にヒーヴィング運動する風洞と、瞬間的にヒーヴィング移動する風洞をそれぞれ別に製作して研究を進めた。本研究では、一様流中で運動する翼の空力特性を得ることと、突風を受ける翼の空力応答特性についての知見を得ることを研究の目的とした。研究の経過としては、考案したヒーヴィング風洞が完成した後、二次元翼空力特性の計測を実施した。その後、三次元翼の空力特性についても実験を進めている。また、並行して突風を受ける翼のロバスト性についても調べている。これらの実験の中で、ヒーヴィング運動する二次元翼の空力特性についてはまとまった成果が得られたため、論文として投稿し受理された。現在は、これらの実験をさらに進めると共に、CFDによる検証も進行中である。
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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
一様流中でヒーヴィング運動する翼模型の非定常空力特性を、昆虫の翅に相当するレイノルズ数において計測した。ヒーヴィング運動を行う翼に作用する空気力とピッチングモーメントの計測、及び翼周りの流れの可視化実験を行い、特に二次元翼について成果が得られたため、この成果を日本航空宇宙学会の国際論文に投稿し受理された。続けて三次元翼についても実験を進めた結果、面白い現象が見つかったため学会において発表した。さらに、翼に作用する突風を想定した風洞実験も継続しており、その結果は学会において発表している。また、翼が羽ばたき運動をする場合に推進力が発生するが、上記のヒーヴィング運動だけでは殆ど得られなかったため、一様流中での羽ばたき翼に作用する推進力のみの計測を簡単な装置で行っており、本研究に付随した研究として継続している。また、CFDも非定常翼解析結果が得られるようになり、本実験結果と条件を合わせて解析を実施中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、本研究に関して2種類の風洞装置が完成しているため、これを使った実験を可能な限り進めたいと考えている。同時にCFDによる検証も実施していく。成果のあった内容は逐一学会等で成果を公表していく予定である。
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| Causes of Carryover |
実験装置が完成し、論文に投稿受理されたことから一つの目標は達成できたが、さらに研究を発展させていく過程でさまざまな問題点も分かってきた。そのため装置の改良に時間をかけており、今後は特にその改良に必要な部品や装置の購入に充てる予定である。また、コロナ禍で県外への出張ができす、学会発表等がオンラインとなっているため、当初予定していた旅費は研究をより発展させるために充てていく予定である。
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