2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of plasma actuator specialized for nanosecond pulse discharge based on discharge phenomenon
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21K04037
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| Research Institution | Kobe City College of Technology |
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Principal Investigator |
赤松 浩 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10370008)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマアクチュエータ / ナノ秒パルス電源 / 衝撃波 / 無人航空機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気体中で生じる放電現象を流体制御に応用した技術にプラズマアクチュエータがある．気体である流体を，電気的かつ能動的に制御できる利点を活用し，近年では航空機翼に搭載して失速時の揚力回復機構への応用が検討されている．本研究は，将来的なプラズマアクチュエータの実用化を見据え，プラズマアクチュエータ電極系を簡素化することで耐久性と量産性を兼ね備えた新規の電極系を検討することを目的とした．さらに，新電極系で従来のプラズマアクチュエータに匹敵する気流誘起能力を発揮するため，新電極系に最適化したナノ秒パルス高電圧電源を開発することを目的とした．
２０２１年度は，新電極系に適した小型ナノ秒パルス電源の開発を中心に実施した．具体的には，前年度に試作したバッテリー駆動式ナノ秒パルス電源の回路素子を再選定した．ナノ秒パルス電源は昇圧型DCDCコンバータおよび誘導性パルス発生回路で構成した．これまでのナノ秒パルス電源の電圧波高値は6kV程度であった．この電圧値を10kVまで増大させるため，昇圧型DCDCコンバータの出力電圧の向上および誘導性パルス電源において，電圧のパルス圧縮を導入した．
以上の結果，電圧の波高値は10kVに到達した．このナノ秒パルス電源にて100cmのプラズマアクチュエータを駆動したところ，プラズマへの投入エネルギー密度は50uJ/cmに達することを確認した．また，ナノ秒パルス電圧の極性の違いに対するプラズマへの投入エネルギー密度と最大電力密度ピーク値を比較したところ，負極性の方が同一エネルギー密度において最大電力密度ピーク値が大きくなることがわかった．
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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
当初の計画通り，プラズマアクチュエータ用の小型ナノ秒パルス電源において，出力電圧の向上を達成した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ秒パルス電源の試作が完了したので，今後は本電源および新電極系で発生するパルス放電において，その放電現象を観察する．とくに，ナノ秒パルス放電を応用したプラズマアクチュエータでは，放電にともなう瞬間的な気体の加熱とそれによる衝撃波の発生が気流制御の要になると報告がある．本研究で試作したナノ秒パルス電源においても，これらの現象が生じることを明らかにするため，風洞試験等で確認する予定である．
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| Causes of Carryover |
今年度は新型コロナウィルスのまん延に伴う学校からの在宅勤務の命令により，当初の計画通り研究室での実験ができない状況であった．そのため，当該年度の目標は達成できたものの，ナノ秒パルス電源の小型化およびプリント基板化に関しては次年度に持ち越している．また，成果発表をオンラインで実施したことにより，旅費が余った．
次年度使用額は，電源の小型化およびプリント基板化に充てるとともに，可能であれば現地での成果発表に積極的に参加するための旅費に充てる．また，次年度はナノ秒パルス放電式プラズマアクチュエータの計算機シミュレーションを計画しているので，計算機の購入費に追加する．
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