プラズマ中の原子・分子過程を考慮した可変パルス制御型プラズマアクチュエータの開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26889004
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小室 淳史 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70733137)
• Project Period (FY): 2014-08-29 – 2016-03-31
• Keywords: 大気圧プラズマ / 剥離制御 / 衝撃波 / シュリーレン法

Outline of Annual Research Achievements

本年度は初年度として、高繰り返し動作が可能な高電圧パルスプラズマ電源の開発を行った。電源回路に必要な充電用に直流電源(500V直流)を用い、IGBTを用いてスイッチングさせる方式を採用した。その結果、周波数10kHz、ピーク電圧30kV, パルス幅40nsで動作する電源の開発に成功した。次に、実際のプラズマアクチュエータの電極を作成して、開発したパルス電源を用いてその放電特性の計測を行った。計測項目としては、プラズマアクチュエータに印加される電圧・電流特性と、放電発光写真、光電子増倍管を用いた放電発光の時間変化である。これらの項目について、開発した電源のパルス幅や立ち上がり時間、立ち下がり時間などのパラメータを様々に変えながら測定を行った。その結果、プラズマアクチュエータに投入される電力は、パルス電圧の立ち下がり時間の影響はほぼ受けないが、一方で立ち上がり時間は多大に影響を与えることがわかった。これらの結果により、プラズマアクチュエータの作動パラメータとして、印加電圧値とともに電圧の立ち上がり時間が考慮できるようになった。
放電の基礎特性の計測に加えて、パルス放電によって発生する衝撃波の観測を行った。衝撃波の観測にはシュリーレン法を用いた。そして、前述したパルス電圧のパラメータを様々に変えながら衝撃波の強度について計測したところ、プラズマアクチュエータに投入される電力と、発生する衝撃波の強度は必ずしも比例の関係にないことを示唆するデータが得られた。現在、その理由について、シミュレーションを元に解析しているところである。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り１ヶ月ほどで高電圧パルス電源の開発に成功した。そして、パルス電圧で駆動するプラズマアクチュエータの放電基礎特性を、ひと通り計測することが出来た。これらの成果により、次年度以降の風洞試験に向けての重要な基礎データがほぼそろった。

Strategy for Future Research Activity

今後は開発したパルス電圧駆動のプラズマアクチュエータを用いて、実際の翼の剥離制御実験を行っていく。現在は実験に用いる翼型の設計、風洞壁へ翼型を取り付けるためのターンテーブルの作成を行っている。翼型にはNACA0015モデルを用い、5月末に剥離制御実験を行う計画を立てている。この実験で得られた結果をシミュレーションモデルを用いて解析を行い、さらなる実験にフィードバックすることを狙う。