| 研究概要 |
翼の摩擦抵抗の大幅な低減を目指すNFL(自然層流)翼やLFC(層流制御)翼の開発・発展は境界層遷移機構に関する知識の蓄積に依存する。本研究は,この翼の層流化制御に必須の遷移機構に関する基礎研究である,弱い外乱環境での遷移予測の基礎となるT-S波動(不安定波動)の励起過程,および,後退翼における境界層のアタッチメントライン・コンタミネーションの理解に不可欠な,上流から流下する強い渦(翼根から伝わる乱流変動を模擬)に対する境界層の応答の2つを調べている。
まず,T-S波動の励起に関しては,波動の励起条件やカップリング係数についての知識が得られ,また外乱の周波数fが線形安定性理論の中立曲線の下分枝の十分下方にあり高調周波数2fが増幅周波数範囲あるいはそれに近い場合には,周波数fの急減衰T-S波動に加え,2f周波数のT-S波動が同時に励起されるという非常に興味深い結果を得た。この非線形励起過程は,気流中の乱れが一般に減衰の遅い低周波変動からなることを考えると,境界層遷移の予測にとって重要な結果であると思われる。
次に強い渦による遷移では,臨界レイノルズ数以下(Rx=3.8×10^4付近)で次々とヘアピン渦が生成され乱流遷移が始まることやそのための臨界条件などが見いだされた。また,この亜臨界遷移に対する壁面リブレットの影響を調べ乱流構造の発達に導く壁近くの縦渦がスパン間隔を7%程度増し,かつ壁近くの変動強さも同程度抑制するなどの効果が観察された。ただし,その場合でも遷移の進行は遅れない。
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