2021 Fiscal Year Annual Research 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, 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 / 昆虫の翅 / ヒーヴィング運動 / 突風応答 / CFD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
飛翔する昆虫は、翅の羽ばたき運動によって推進力を得ると共に、翅に作用する大きな非定常空気力を積極的に利用することで高い運動性能を獲得していると考えられる。そこで、一様流中で運動する翼の非定常空力特性を明らかにすることを研究の目的とした。さらに、昆虫の翅には独特の形態的特徴があるため、非定常流中におけるその効果についても明らかにすることを目指した。一様流中で翼模型をヒーヴィング運動（翼を翼弦線と直角方向に平行に動かす運動）させる風洞実験では、翼の質量による慣性力が空気力の計測を困難にするという問題点がある。そこで、本研究では、翼模型を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アイディアを提案した。この方法では、翼の空気力は慣性力の影響を受けずに計測が可能になる。さらに風洞を瞬間的に動かすことで、翼の突風応答特性の研究にも応用できると考えられる。
研究では、最初に、専用の小型風洞装置の設計・製作に取り組み、実際に翼に作用する空気力の計測を行った。その結果、ヒーヴィング運動による空気力とピッチングモーメントの計測に成功し、流れの可視化実験から、結果を裏付ける渦の挙動を捉えることができた。これらの結果は、論文として日本航空宇宙学会国際論文集に投稿し掲載された。その後、三次元翼の空力特性についても実験を進め、学会で発表を行った。ここまでは、本研究をスタートしてから最初の2年でほぼ達成できたため、当該年度は、並行して解析してきたCFDによる検証を進めた。その中で、特にCFDによって得られた流れは、実験における流れの可視化結果との整合性が得られたため、学会においてその結果を発表した。実験においても、ヒーヴィング風洞装置の応用実験として、突風を受ける翼のロバスト性について調べ、その成果についても学会発表を行った。
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