2023 Fiscal Year Annual Research Report
羽ばたかずに羽ばたくー非定常空気力学に基づく能動的気流制御システムの確立ー
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21K14343
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 慎太郎 東北大学, 工学研究科, 助教 (60869650)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 非定常空気力学 / プラズマアクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は飛翔生物の羽ばたき動作を模擬する新しい手法として、固定翼に可動部を持たない気流制御デバイスであるプラズマアクチュエータを搭載し、非定常的に発生する揚力の制御を試みるものである。
まず、数値シミュレーションにより、プラズマアクチュエータが生成する電気流体力が流れ場に付与することで、翼の羽ばたき動作によって生じる流れ場と類似した構造が再現できることを確認した。
また、数値計算の結果より、翼の羽ばたき動作によって生じる流れ場と類似した流れを誘起するためには、従来よりも大きな電気流体力を生成できるプラズマアクチュエータを開発する必要性が示唆されたため、実証実験と並行してプラズマアクチュエータの性能を向上させる研究も実施した。
実証実験として、翼周り流れの可視化および力計測を実施し、プラズマアクチュエータを従来とは逆方向に取り付けることで、低い迎え角の条件においても揚力の上昇を確認した。これは、翼前縁部付近に形成された渦構造が原因であると考えられる。さらに形成された渦構造が移流によって翼から離れると揚力が減少することも確認した。このような現象は、翼のピッチング運動によって引き起こされるものと類似しており、プラズマアクチュエータを用いて非定常的な揚力の生成に成功したと判断できる。
さらに、この逆向きに取り付けたプラズマアクチュエータによる流れの制御効果を評価するために、従来のプラズマアクチュエータによって制御される流れ場との比較を行った。その結果、迎え角が低い場合、従来のプラズマアクチュエータの駆動によって達成される揚力増加量よりも、渦構造を形成することで達成される揚力増加量の方が大きいことがわかった。
以上のことから、プラズマアクチュエータを用いることで、翼を動かさずとも揚力を非定常的に生成できることを実験的に示すことができたと言える。
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