Hydrodynamic Design Principles of Uneven Shape extracted from Dragonfly wing and Sand Dunes
| Project/Area Number |
22KJ2316
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| Project/Area Number (Other) |
21J22603 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
藤田 雄介 広島大学, 統合生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 流体力学 / 生物流体力学 / 昆虫飛翔 / 砂丘動力学 / 渦 / 数値流体力学 / 流れ解析実験 / データ解析学 / 凹凸構造物 / 渦運動 / 死水領域 / 生物飛翔 |
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| Outline of Research at the Start |
自然界にはながれと関係しているにもかかわらず流線型ではない凹凸形状が観察される.トンボ翼と砂丘はその代表例といえる.それぞれは，流れとの関係において翼性能の向上や，形成維持のメカニズムとの関係が示唆されているが，詳細な研究は不十分である.
本研究では流れと凹凸形状の関係に的を絞って理解することを考える.数値計算や実験により，トンボ翼や砂丘の凹凸形状をモデル化した模型周りの流れを解析し，流体力学的に考察する.最終的に，両者の研究を統合し，自然界に見られる流線型でない凹凸形状の普遍的機能やその設計原理を明らかする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は自然界にみられる複雑な形状をもつ物体周りの流れを解析し、その形状の流体力学的な特徴や形成メカニズムについて考察することである。その具体的な対象として、トンボ翼や砂丘を設定している。
本年度は主に実験を行い、その結果を分析した。トンボ翼の研究では、急発進時における流れ構造を可視化し、得られた実験結果のデータ削減や本質的機構の抽出を目的にデータ解析（固有直交分解）を適用した。その結果、実験で得られたデータは、急発進時に生成される流れ構造と後方で周期的に放出される渦構造の２つの要素に分解されることを発見した。また、これまでの数値計算結果に対してもデータ解析を適用し、揚力生成と関連づけられるモードを取り出せる可能性が示唆された。砂丘の研究では、バルハン砂丘の発達過程と砂丘後方の流れ構造に着目し、流れの可視化実験を行なった。その結果、バルハン砂丘の発達過程において、砂丘後方のらせん渦構造が内巻きから外巻きへと遷移する可能性があることを発見した。そして、この実験結果に基づいた砂の輸送や砂丘の形成メカニズムについて、砂丘動力学の専門家と議論した。
そして、一見関連の薄いように見える砂丘とトンボ翼の関係性について、研究会やセミナーを通し、非線形科学の専門家らと議論した。特に、バルハン砂丘模型の後方で観察された外巻きのらせん渦は砂丘動力学の専門家の予想と異なる結果であったが、水平方向におけるバルハン砂丘の形状は後退翼と類似しており、生物飛翔の知識を持ってすれば、自然な結果であると判断できた。両者の知見が活かされた、新しい発見が得られたと考えている。
これらの結果については、研究期間全体を通じて査読付き論文３件、国際会議７件、国内会議２０件の発表を行った。また、４件の報道があり、専門家および一般からの興味を引くことができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(44 results)
