Next-generation flow control using the reduced-order model based on advanced unsteady flow measurement

• Project/Area Number: 19KK0116
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 浅井 圭介 東北大学, 工学研究科, 教授 (40358669)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野々村 拓 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60547967) ; 齋藤 勇士 東北大学, 工学研究科, 助教 (50828788) ; 小室 淳史 東北大学, 工学研究科, 助教 (70733137) ; 安養寺 正之 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (70611680)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 流体制御 / 先進流体計測 / 低次元モデル / プラズマアクチュエータ / 流体力学 / 流体計測 / 非定常流

Outline of Research at the Start

航空機や自動車など大気中を運動する物体には前進を妨げる空気抵抗が作用する．その低減は地球規模のエネルギー節減のため挑戦し続けなければならない課題である．本共同研究では，大規模な渦構造や衝撃波の振動を伴う流れを動的フィードバックにより制御する新しい概念の流体制御理論の確立を目指す．フロリダ州立大学の研究グループと協働し，双方の知識と技術を持ち寄って，１）非定常先進計測データベース構築，２）低次元モデル化，３）高速応答アクチュエータという３つのキーテクノロジーの研究開発に取り組み，剥離流れと超音速噴流を対象に大型実験設備を用いた実証実験を行い，非定常流れの動的フィードバック制御を実現する．

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，フロリダ州立大学（FSU）と協働し，(i)高精度な非定常先進流体計測に基づく流れのデータベースの取得，(ii)そのデータベースをもとにした流体の低次元モデルの構築 (iii)プラズマアクチュエータを用いた流体制御という，3つ段階を経て様々な複雑流れへ適用可能な「次世代流体制御＝流れの動的なフィードバック制御」を実現することである．
今年度は，共同研究を開始するにあたり，研究代表者である浅井と研究分担者の野々村准教授，安養寺准教授（九大）が1月にFSUを訪問し，共同研究に使用する実験設備の見学とともに，Cattafesta教授，Alvi教授らと共同研究の大枠について協議した．その後2月に，実験準備の第一弾として若手研究者2名（齋藤助教，D3学生1名）をFSUに派遣し，現地の教員および大学院生と，準備の進め方，必要な装置・機材，データ処理の方法等について具体的な検討を行った．
2020年8月に行う共同実験は非定常流れのデータベース構築を目的とし，以下の２つ課題に挑む．
（1）斜め底面円柱模型のベース面の非定常表面圧力分布とせん断応力分布の計測：実験はFSUの亜音速風洞において行い，圧力計測には東北大が提供する高速応答型感圧塗料（uPSP）をせん断応力計測には九大の蛍光油膜法(GLOF)を用いる．一方，FSUは3次元速度場データ（PIV）を提供し，低次元モデル化のための予備的なデータ解析に使用する．
（2）衝突超音速ジェットによる地面板上の非定常流れの計測：実験はFSUの衝突噴流試験設備において行い，圧力計測には東北大が提供する高速応答型感圧塗料をせん断応力計測には非定常感温塗料（uTSP）を用いる．そのための予備実験を東北大の無響室を利用して実施し，実験条件の選定には，FSUから提供される高速シュリーレン映像を参考に，共鳴が発生する前後の条件で実験を行う．

Current Status of Research Progress

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

Reason

実験に対するFSU側と打ち合わせは十分であり，実験準備は順調に進展していると言える．

Strategy for Future Research Activity

次年度はまず，8月にFSUで行う共同実験のために，縮尺した斜め底面円柱模型の東北大基礎空力実験用小型風洞（T-BART)における非定常表面圧力とせん断応力計測を実施する．また，衝突超音速ジェット試験については，そのための予備実験を東北大の無響室を利用して行い，試験条件を決定する．共同実験には，若手研究者3名と代表の浅井，野々村准教授が参加する予定である．

Research Products

• [Int'l Joint Research] フロリダ州立大学/カリフォルニア大学ロスアンゼルス校(米国)