2015 Fiscal Year Annual Research Report
実海域波浪環境下で優れた耐空・耐航性能を有する地面効果翼機の開発
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26289333
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
岩下 英嗣 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60223393)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 地面効果翼 / 自由表面 / 境界要素法 / 風洞試験 / 水槽試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、地面効果翼に作用する定常空力および非定常空力を推定する計算法を確立している。この方法は、ポテンシャル理論と2次元CFD計算を組み合わせた特徴ある方法である。まず三次元翼に使用されて翼断面形に対して二次元CFD計算を行い、揚力とレイノルズ数の関数とした摩擦抗力のデータベースを作成する。続いて三次元ポテンシャル理論に基づく境界要素法により三次元翼に作用する揚力、抗力を求め、各翼断面に作用する揚力とその断面のレイノルズ数から前述のデータベースを参照して摩擦抗力を求める。得られた断面ごとの摩擦抗力を積分して三次元翼全体に作用する摩擦抗力を得る。
開発した計算法の推定精度を確認するために水槽試験を実施している。試験においては、地面板上に作用する圧力分布を計測する目的で、耐水性の圧力ゲージを埋め込んだ地面板を製作し、水面下1mの位置にセットする。その上で翼模型を曳航することで、地面板に作用する定常圧力のみならず非定常圧力の計測にも成功している。非定常圧力の計測には船舶の非定常波形解析の手法を応用しており、得られたデータは世界初のデータとなっている。得られたデータと開発した計算法の結果を比較することで、計算法が圧力を高精度に推定できていることを確認している。
更に、地面効果内で稼動する矩形翼の風洞模型試験を行い翼表面圧力分布の計測を行っている。高性能圧力ゲージ32個を埋め込んだ風洞試験模型を3Dプリンターを利用して製作し、地面効果内の翼表面に作用する圧力分布を計測することで、地面効果による圧力レベルの影響を調べるとともに、これまでに構築した理論推定法の推定精度を検証している。その結果、理論推定法が計測値と良好な一致を示すことが確認されている。地面効果内の翼表面の圧力分布を計測した例はこれまでに存在せず、これも学術的に貴重なデータとなっている。
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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
初年度の研究の達成度はほぼ100%と言ってよい。地面効果翼の空力推定法の確立と並行して行った水槽試験、風洞試験からは当初予想していた以上の成果が得られている。風洞試験との比較からは、開発した計算法が摩擦抗力も含めて高精度に空力を推定できることが分かり、また水槽試験の結果との比較からは、圧力レベルでの推定精度の検証が行えている。風洞試験結果と水槽試験結果同士の比較からも、風洞試験における境界層厚みが20mm程度であれば空力の計測精度に問題がないこと、水槽試験における深度が1m程度であれば自由表面影響が無視できることなど、今後実験を行う上で重要な知見が得られている。
2年度目の研究も順調に進展している。風洞試験における翼表面の圧力計測に関しては、当初データ収録システムにソフトウエアー上の不具合があったが、複数回改良を施すことで最終的には圧力分布と空力の同時計測が可能となっている。風洞の特性により生じる基準静圧の面的な不均一性を考慮した補正を施すことで、高精度の圧力計測が行えることなど、実験技術の構築も行えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、前翼式地面効果翼機の主翼として設計してある主翼模型を用いて風洞試験を行い、圧力分布を計測して理論計算との比較を行うことにしている。また、過去の研究を通じて、推進器のマウントが機体全体の空力性能に顕著な影響を与えることが分かってきている。地面効果翼機の実際の飛行シミュレーションを精度良く行うにはその影響を考慮する必要がある。そこで、推進器をマウントしない場合とマウントした場合とで全機模型の風洞試験を実施し、その干渉の度合いを定量的に把握する。一方で推進器の単独性能をポテンシャル理論ベースに推定し、風洞試験結果と比較することで理論推定精度について調査する。続いて理論計算から推進器周りの流場を計算し、それを全機解析時の境界条件に反映させることで、推進器稼動時の全機空力性能の推定を可能とする。一方、着水時に波浪中で機体に作用する流体力を推定するためのランキンパネル法に組み込む放射条件について検討を加え、追い波中や低速時においても流体力の推定が精度良く行えるようにする計画である。最終年度でもあることから、得られた成果の学術雑誌への投稿についても注力することにしている。
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Research Products
(5 results)
