Flow field measurement on a moving object surface using cntTSP at low Reynolds numbers

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01524
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Nagai Hiroki 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 昂志 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80774471)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 低レイノルズ数 / 感温塗料 / 摩擦応力分布 / cntTSP / カーボンナノチューブ / 回転翼

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this proposal is to establish a technique to visualize the position of laminar/turbulent boundary layer transitions, etc., which change the flow over a moving airfoil surface in low Reynolds number flow. For the measurement, cntTSP, a combination of a heater (cnt) with a thin film of carbon nanotubes and a thermosensitive paint (TSP), will be used. We have applied cntTSP to rotor blade surfaces and, measured temperature distributions on rotor blade surfaces in hovering and forward flight conditions, and converted time series images of the temperature distributions into frictional stress distributions. In particular, the formation of the leading edge vortex (LEV) was observed, and proved to be a powerful tool in discussing thrust and torque values.

Free Research Field

空気力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本提案では，ドローンなどに代表される回転翼飛行体のロータリーブレード上の流れ場を時系列温度分布の可視化を行うことで解明することを目的としている．そのために，カーボンナノチューブを薄膜化したヒーターを翼表面上に塗布し，流れによる微小な温度変化を増幅し，その温度変化を発光として捕らえる感温塗料技術を組み合わせた．この技術により，回転翼表面上で生じる前縁はく離渦や摩擦応力分布を可視化することができた．この成果により，力計測で得られた推力やトルクの数値を議論する際に流れ場との対比が可能となるためドローなどの飛行体開発において非常に有力なツールになるといえる．