2013 Fiscal Year Research-status Report
Re数，St数，曲げ剛性により決定できる弾性翼・薄膜まわりの渦流れの解明
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25420126
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渕脇 正樹 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (60346864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 和博 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (80171742)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 非定常流れ / はく離 / 翼 / 非定常運動 / 渦 |
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| Research Abstract |
ヒービング運動する二次元弾性運動翼の後流構造と非定常流体力特性に寄与するパラメータを洗練し，渦流れと非定常流体力特性をRe数，St数，曲げ剛性(E, I)により定式化することを目指した．特に，渦流れ構造と非定常流体力特性（揚力，推進力）のRe数，St数，曲げ剛性K(E, I)による定式化，さらには，定式から逸脱するパラメータの理由を明確にし，弾性の効果を明らかにすることを目的とし，以下の知見を得た．
1. 断面が一様でない弾性翼の曲げ剛性は，重心位置の厚みおよびスパン長さを考慮することで，形状および厚みに関わらず一意に決定され，それが曲げの特性および流体における壁面の移動境界の条件を決める重要な入力パラメータになることがわかった．
2. ヒービング運動する弾性翼の曲げの流体力への効果を明らかにするために，単位曲げ剛性あたりの流体力を考え，それがSt2およびKに関係することを明らかにし，新たにSt2/Kを定義することで，その流体力特性がSt2/Kに強く依存し，臨界レイノルズ数以下の領域では，その効果は非常に小さいことを明らかにした．
3. しかしながら，低いSt2/Kの場合，ヒービング運動する弾性翼に働く非定常推進力は，翼の形状および厚みによる影響が表れることもわかった．低いSt2/Kでは，弾性変形が小さいために，翼面近傍における流れの速度勾配∂v/∂xが，翼面の空間勾配に強く影響されるため，NACA0020のような厚みのある翼形状とNACA0010のような薄翼，また，平板では，その流れ場および非定常推進力特性は異なる．その一方で，弾性変形が十分に大きくなる高St2/Kでは，翼形状に依らず，翼面の空間勾配および翼面近傍の速度勾配∂v/∂xが大きくなるために，非定常推進力特性はSt2/Kに強く依存する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成25年度の研究実施計画であった，二次元弾性運動翼の後流構造と非定常流体力特性に寄与するパラメータの洗練と，その特性のRe数，St数，曲げ剛性(E, I)による定式化を実現できた．さらには，この定式化から逸脱する理由も明確にでき，現在までの達成度は十分であると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度の研究成果を基盤として，ピッチング運動およびヒービング運動する弾性薄膜(3D)まわりの渦流れがSt数，曲げ剛性K(E,I)により決定できる領域を証明し，その渦流れを分類することで，弾性が流れ場に与える効果を解明する．特に，弾性と運動による作り出される渦流れ（渦輪）構造のマクロな挙動を定量的・視覚的（パターン，循環）に評価し，St数と曲げ剛性K(E,I)によるその構造を分類することで，弾性が渦流れと非定常流体力に与える効果を明らかにする．さらには，弾性が巻き上がる渦の生成，成長，発達過程に与える効果を定量的に明らかにすることを目的とする．
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Research Products
(4 results)
