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無人航空機のロバスト化に向けたプラズマアクチュエータによる流れの時空間的能動制御

Research Project

Project/Area Number 18J11195
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionTohoku University
Research Fellow 佐藤 慎太郎  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords気流制御 / 大気圧放電
Outline of Annual Research Achievements

プラズマアクチュエータの無人航空機への実装を目的として、本年度は昨年度に提案した手法に基づき、8つのプラズマアクチュエータ素子を組み合わせた高集積プラズマアクチュエータを作成し、1500 V の印加電圧で放電を発生させ、静止気体中における誘起流れ場の可視化実験を行った。
流れ場は Particle Image Velocimetry 計測によって可視化を行った。DC 電圧に繰り返しパルスを重畳することによって放電が発生し、各アクチュエータ素子からそれぞれ出発渦が形成され、その後定常的な壁面噴流が得られることを確認した。さらに、1段目から形成された壁面噴流が下流に向かうにつれて加速され続ける様子を確認することができた。特に、8段目のアクチュエータ素子での放電によって単一素子に 10 kV 以上の電圧を印加した場合と同程度の速度まで壁面噴流を加速できることが分かった。以上の結果より、アクチュエータ素子を小型化・複列化することで従来手法よりも大幅に低い電圧でプラズマアクチュエータの性能を向上できることが分かった。
また、駆動電圧を低減したことで、各アクチュエータ素子のオン・オフを MOSFET や IGBT を用いて独立に制御することが可能になり, プラズマアクチュエータを用いた時空間的能動制御デバイスを構築することができる。その結果、気流制御の自由度が大幅に増え、従来よりも精緻な気流制御が可能になると期待される。
今後の課題としては、微細加工技術を用いた更なる駆動電圧の低減や、アクチュエータ素子の性能向上が挙げられる。本研究で得られた成果によってプラズマアクチュエータを実用的な電圧で駆動することが可能になり、実用化に向けて大きく進展したと言える。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(17 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Computational Study of Discharge Process in Plasma Actuator for Enhanced Electrohydrodynamic Force Generation toward Low-Voltage Operation2020

    • Author(s)
      SATO shintaro, FURUKAWA Haruki, TAKAHASHI Masayuki, OHNISHI Naofumi
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Successively accelerated ionic wind with integrated dielectric-barrier-discharge plasma actuator for low-voltage operation2019

    • Author(s)
      Sato Shintaro、Furukawa Haruki、Komuro Atsushi、Takahashi Masayuki、Ohnishi Naofumi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 5813-5813

    • DOI

      10.1038/s41598-019-42284-w

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Computational Study of Body Force Production Process and Performance Improvement in Dielectric-Barrier-Discharge Plasma Actuator2018

    • Author(s)
      SATO Shintaro、TAKAHASHI Masayuki、OHNISHI Naofumi
    • Journal Title

      AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: 16 Issue: 6 Pages: 550-555

    • DOI

      10.2322/tastj.16.550

    • NAID

      130007481370

    • ISSN
      1884-0485
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Proposal of a Plasma Actuator for Enhanced Electrohydrodynamic Force Generation toward Low-Voltage Operation2019

    • Author(s)
      Shintaro Sato, Haruki Furukawa, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • Organizer
      32nd International Symposium on Space Technology and Science & 9th Nano-Satellite Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低電圧化に向けた高集積プラズマアクチュエータの検討2019

    • Author(s)
      佐藤 慎太郎, 古川 晴基, 小室 淳史, 高橋 聖幸, 大西 直文
    • Organizer
      日本機械学会2019年度年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 低電圧で作動するプラズマアクチュエータの開発と誘起流速評価2019

    • Author(s)
      佐藤 慎太郎, 小澤 雄太, 小室 淳史, 野々村 拓, 浅井 圭介, 大西 直文
    • Organizer
      第63回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Discharge process and gas heating effect in nanosecond-pulse-driven plasma actuator2019

    • Author(s)
      Shintaro Sato, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • Organizer
      AIAA SciTech 2019 Forum
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズマアクチュエータの高集積化・低電圧化に向けた研究2019

    • Author(s)
      佐藤慎太郎
    • Organizer
      プラズマ流の基礎と応用に関する研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ秒パルス電圧を用いたプラズマアクチュエータの放電・誘起流れの数値解析2018

    • Author(s)
      佐藤慎太郎, 高橋聖幸, 大西直文
    • Organizer
      第50回流体力学講演会/第36回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 電気流体力の生成に適したプラズマアクチュエータの提案2018

    • Author(s)
      佐藤慎太郎, 高橋聖幸, 大西直文
    • Organizer
      日本機械学会2018年度年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマアクチュエータの集積化に関する実験的研究2018

    • Author(s)
      古川晴基, 佐藤慎太郎, 高橋聖幸, 大西直文
    • Organizer
      日本機械学会2018年度年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低電圧で作動する高集積プラズマアクチュエータの提案とその実証2018

    • Author(s)
      佐藤慎太郎, 古川晴基, 高橋聖幸, 大西直文
    • Organizer
      第6回プラズマアクチュエータ研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマアクチュエータの集積化に関する実験的研究2018

    • Author(s)
      古川晴基, 佐藤慎太郎, 高橋聖幸, 大西直文
    • Organizer
      第6回プラズマアクチュエータ研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical analysis of surface dielectric-barrier-discharge and gas heating effect for application of aerodynamics2018

    • Author(s)
      Shintaro Sato, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • Organizer
      The 71st Annual Gaseous Electronics Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental investigation toward thrust improvement in multiple-electrodes plasma actuator2018

    • Author(s)
      Haruki Furukawa, Shintaro Sato, Masayuki Takahashi, and Naofumi Ohnishi
    • Organizer
      The 71st Annual Gaseous Electronics Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] プラズマアクチュエータ2020

    • Inventor(s)
      佐藤慎太郎, 大西直文
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東北大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 多電極プラズマアクチュエータ2019

    • Inventor(s)
      佐藤慎太郎, 大西直文
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東北大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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