2019 Fiscal Year Research-status Report
壁面せん断応力センシングを駆使した壁面摩擦力分布の高精度予測モデルの創出
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19K14899
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
市川 賀康 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 宇宙航空プロジェクト研究員 (00825060)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 3次元3成分流速計測 / 非点収差PTV / 壁面近傍流動 / 壁面せん断応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は，主に非点収差PTV（APTV）における粒子位置の奥行位置決定に関する校正関数の高度化とその評価に取り組んだ．
従来の手法では粒子像の形状に関する一つの特徴量のみに着目し，その特徴量と奥行位置に関する校正関数を作成し，それに基づき粒子追跡による奥行位置と奥行方向流速を算出していた．一方，粒子像の形状と，その奥行方向に対して変化するパラメタは複数存在するため，それら全てを考慮すればより一意に粒子位置が決定可能となり，分解能が向上すると考えた．そこで，粒子像の複数の特徴量から奥行位置を決定する手法を，機械学習を駆使して構築した．その結果，光学系の見直しを併せて実施することで，APTVによる計測の奥行方向分解能が従来の手法より向上し，従来の分解能は高々1ミクロン程度であったが，構築した手法によって1ミクロン以下の精度で粒子位置を決定可能であることが明らかになった．一方で，粒子像形状によって位置決定精度のばらつきが変化するという課題も明らかになった．そのため，何らかの対策を実施する必要があることは明確であり，実際の流れ場計測に適用する際に，手法そのものに関する適用指針を示す必要があり，検討を継続する必要がある．
また，実際の流れ場計測にAPTVを適用するため，当該年度は，光学系の組み込みを考慮したプロトタイプの流路を構築し，計測対象とするRe数レンジにおいて計測が実現する見込みを示した．併せて，予備実験を継続して実施している．
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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
当初の研究計画において，当該年度では主に粒子位置の決定精度を向上させることを目標としており，その実現に目途が立ったため．また，次年度以降に実施予定であった流動計測に向けた準備も一通り実施できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，実際に流動計測に取り組む予定である．
まず，壁面に塗布した油膜とその流動が，気相の界面近傍の流動に影響を及ぼすか確認する．その後，気相側の速度分布を取得して，その分布に基づき油膜の界面に働くせん断応力を定量化する．併せて，油膜側の流動に関しても計測を実施して油膜界面に働くせん断応力を算出し，気相側及び油膜側からそれぞれ取得したせん断応力を比較して，油膜内部の計測に基づく，摩擦力評価方法の有効性を明らかにする．同時に，粒子位置から油膜界面位置を定量化し，界面形状の変化がせん断応力に及ぼす影響も明らかにする予定であり，並行して粒子位置推定に関する手法の高精度化にも取り組む．
気相側の流動計測が，油膜の反射等により制限され，困難になる可能性も大いに考えられる．そのため，実測ではなく，シミュレーションによる推測が可能となるように準備を並行して進める予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスの世界的な蔓延のため，購入予定だった物品の入手が困難となったことに加え，当該年度中に代替品の入手目途も立たなかったため．次年度は，代替品の入手が可能になるように，速やかに手配を行う予定である．
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