2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of theoretical control methods for aerodynamic drag reduction
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25420129
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
深潟 康二 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (80361517)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体力学 / 流体工学 / 乱流 / 流れの制御 / 数値シミュレーション / 制御理論 / 実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，先進的な流れの制御によって乗用車やトラック車両などの空力抵抗をさらに低減するため，一般的な形状の物体周りの流れの制御に関する基礎理論を確立することである．そのためにまず圧力抵抗，摩擦抵抗やエネルギー散逸と流れ場の物理量との間の関係を数学的に定式化する．次にこの定式化に基づいて空力抵抗を最小とする制御入力を低次元モデル化手法，制御工学の理論，最適化手法，および流れの数値シミュレーション技術を総動員して求め，理論的なフィードバック制御側の構築を行う．さらにこのフィードバック制御の結果をもとに，センサを用いず，より実用化しやすいプレデターミンド制御手法を提案する．
昨年度までは，カノニカルな外部流である円柱周りの流れにおける散逸と表面物理量の間に成り立つ恒等式を導出し，それに基づく準最適フィードバック制御の直接数値シミュレーション（DNS）によって渦放出の抑制および抵抗低減効果を確認した．さらに，同理論を点対称性の無い角柱周りの流れに拡張し，同様にDNSを用いて渦放出抑制および抵抗低減効果を確認した．
最終年度はさらに，一般的な形状の物体周りの流れの制御を目的とし，同理論を用いて，既に最適化された形状のパンタグラフ舟体からの渦放出の抑制を行った．その結果，準最適制御理論そのものは任意形状物体に対しても有効であることが確かめられたが，制御入力分布を計算する際の随伴方程式の解が離散化誤差の影響を受けやすいことも分かり，今後解決すべき課題であることが明らかになった．また，低次元モデルを用いた制御手法の構築を目指し，チャネル乱流の準最適制御のレゾルベント解析を行い，波長モード毎の制御効果を明らかにするとともに，レゾルベント解析の示唆に基づくフィードバック抵抗低減則の提案を行った．
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