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極低レイノルズ数での剥離渦構造の解明と火星飛行探査システムの揚力面設計への応用

Research Project

Project/Area Number 19656227
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

米本 浩一  Kyushu Institute of Technology, 工学研究院, 教授 (80404101)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 越智 廣志  西日本工業大学, 工学部, 教授 (10069833)
高藤 圭一郎  西日本工業大学, 工学部, 准教授 (10461485)
Project Period (FY) 2007 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2008: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Keywords低レイノルズ数流れ / 三次元翼空力特性 / 層流剥離 / クッタの条件 / NS方程式 / 直接シミュレーション / 火星飛行探査システム
Research Abstract

3次元翼の低レイノルズ数空力特性については,PIV(Particle Image Velocimetry)測定による流れの可視化風洞試験を実施した.小さな迎角から翼上面で渦が形成され始めていること,迎角の増加に伴い幾つかの渦形成パターンの出現が高レイノルズ数では見られない空力特性の非線形性を誘起することを明らかにすることができた.また,後流計測により,運動量理論から抵抗係数を分解したところ,迎角が大きくなるに従って誘導抵抗よりも形状抵抗の方が卓越するという特徴を見出すことができた.矩形翼やデルタ翼という平面形を有する3次元翼についての風洞試験において,レイノルズ数が小さくなるほどアスペクト比等の平面形の差異が小さくなるという結果に対して,物理的な理解を与えることができた.
2次元翼のCFD(Computational Fluid Dynamics)による直接計算結果では,風洞試験で得られた揚力抗力特性と極めてよい一致を示すことができた.解析の結果,低迎角において揚力傾斜が負になる現象は,翼後縁における流れの下面から上面への回り込みによるものであること,また迎角が大きくなると翼上面での渦の形成パターンが複雑になり,揚力や抗力特性の非線形性に大きな影響を与えていることを裏付けることができた.3次元翼についてのCFD直接計算も実施し,空力的な3次元性の出現とレイノルズ数との関係にっいての検討を行うことができた.
以上の風洞試験および数値計算の結果から,火星飛行探査に適した固定翼の空力特性や空力設計方法にっいての大きな知見が得られた.宇宙航空研究開発機構が2017年に計画している火星探査航空機の開発に向けて,平成22年よりスタートしたワーキンググループの一員として,この成果を活用する予定である.

Report

(3 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2010 2009 2008 2007 Other

All Presentation (13 results) Remarks (4 results)

  • [Presentation] 並列計算による低レイノルズ数翼まわりの流れの三次元渦構造2010

    • Author(s)
      佐藤喬也, 高藤圭一郎, 米本浩一
    • Organizer
      日本機械学会九州支部第63期総会・講演会
    • Place of Presentation
      熊本大学(黒髪南キャンパス)
    • Year and Date
      2010-03-15
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] PIVを用いた三次元翼まわり低レイノルズ数流れの剥離と渦構造の可視化2010

    • Author(s)
      和田一輝, 米本浩一, 高藤圭一郎
    • Organizer
      日本機械学会九州支部第63期総会・講演会
    • Place of Presentation
      熊本大学(黒髪南キャンパス)
    • Year and Date
      2010-03-15
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 後流計測による翼まわりの抵抗分布2010

    • Author(s)
      米本浩一, 仙波大二郎
    • Organizer
      平成21年度航空宇宙空力班シンポジウム「航空宇宙工学における空気力学の挑戦」
    • Place of Presentation
      和歌山県南紀白浜温泉
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 曳航流体槽を利用した極低レイノルズ数三次元翼特性の研究2009

    • Author(s)
      宮田正悟, 米本浩一
    • Organizer
      平成20年度日本機械学会講演会, 九州支部第62期総会・講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス
    • Year and Date
      2009-03-18
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 低レイノルズ数高迎角二次元翼の空力特性と渦構造2009

    • Author(s)
      井上雄介, 米本浩一, 高藤圭一郎
    • Organizer
      平成20年度日本機械学会講演会, 九州支部第62期総会・講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス
    • Year and Date
      2009-03-18
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Aerodynamic Characteristics and Vortices Structure of Two-Dimensional Airfoil in Low Reynolds Number Flow2009

    • Author(s)
      Inoue, Y., Sato, T., Nishihara, K., Takato, K., Yonemoto, K.
    • Organizer
      APISAT(Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology)2009
    • Place of Presentation
      Gifu, Japan
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 火星飛行機の低レイノルズ数空力設計の課題2009

    • Author(s)
      米本浩一, 和田一輝, 神馬義貴, 仙波大二郎
    • Organizer
      第53回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      京都大学吉田南キャンパス
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 変圧風洞を用いた三次元翼空力特性のレイノルズ数依存性2008

    • Author(s)
      佐藤 喬也, 米本 浩一, 越智 廣志, 高藤 圭一郎
    • Organizer
      日本機械学会九州支部, 第61期総会講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス
    • Year and Date
      2008-03-19
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 二次元翼NACA0012の低レイノルズ数クッタ条件違反のメカニズム2008

    • Author(s)
      米本浩一, 越智廣志, 高藤圭一郎, 藤江哲, 佐藤喬也
    • Organizer
      第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 三次元基本翼の広域レイノルズ数域での空力非線形性2008

    • Author(s)
      米本浩一, 越智廣志, 高藤圭一郎, 佐藤喬也
    • Organizer
      第40回流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2008
    • Place of Presentation
      東北大学片平キャンパス
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 低レイノルズ数流れにおけるNACA0012翼のクッタの条件違反2008

    • Author(s)
      米本 浩一, 高藤 圭一郎, 越智 廣志, 藤江 哲
    • Organizer
      平成19年度科研費空力班シンポジューム(日本航空宇宙学会空気力学部門委員会)
    • Place of Presentation
      伊豆長岡KKR千歳荘
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Aerodynamic Characteristics of Wings at Low Reynolds Number Using Variable-Pressure Wind Tunnel2007

    • Author(s)
      Yonemoto, K., Sato, T., Ochi, H., and Takato, K.
    • Organizer
      The 2007 JSASS-KSAS Joint International Symposium on Aerospace Engineering
    • Place of Presentation
      Kitakyushu, Japan
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 模型飛行機翼の空力特性とレイノルズ数依存性2007

    • Author(s)
      米本 浩一
    • Organizer
      第13回スカイスポーツシンポジウム
    • Place of Presentation
      日本大学理工学部船橋校舎
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://horyu.jimut.kyutech.ac.jp/kit/AnnualReport2010.nsf

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.mech.kyutech.ac.jp/yonemoto/

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.moch.kyutech.ac.jp/yonemoto/

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.mech.kyutech.ac.jp/yonemoto/

    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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