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羽ばたき翼飛行のマルチスケール空気力学

研究課題

研究課題/領域番号 15F15061
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 流体工学
研究機関千葉大学

研究代表者

劉 浩  千葉大学, 大学院工学研究科, 教授 (40303698)

研究分担者 KOLOMENSKIY DMITRY  千葉大学, 大学院工学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードマルチスケール生物流体力学 / 生物乱流 / 飛行制御 / 地面効果 / 昆虫羽ばたき飛行 / 羽ばたきロボット / バイオミメティクス / 毛翼 / タンポポ / マルハナバチ / 乱流 / マルチスケール流体力学
研究実績の概要

本研究での研究業績は、下記の通りである。極めて優れた成果をあげたことを特筆したい。
1)昆虫羽ばたき飛行の非定常空気力学: スペクトル法を使用し、乱流中のマルハナバチ静止飛行を解析しその空気力学性能を評価した結果、高羽ばたき周波数の揚力発生機構が殆ど乱流に影響されない事を突き止めた。本研究成果は、Physical Review Letters 116,2016に発表している。 ショウジョウバエ離陸にも本手法を適用しその空気力学地面効果(aerodynamic ground effect)と足ジャンップ推力(leg thrust)を解析した結果、ショウジョウバエが地面効果と脚推力を使い分けしていることが分かった。本研究成果は、PlOSone 0152072, 2016に発表している。 マルハナバチ羽ばたき飛行のマルチスケール流体力学モデリングの一貫として、乱流飛行中におけるマルハナバチ羽ばたき飛行の大規模DNSシミュレーション、胴体ダイナミクス解析や飛行安定性モデルの構築を遂行し、マルハナバチの飛行制御における胴体ロール運動による受動的メカニズムを解明し、理論モデルも提案した。本研究成果はScientific Reports 6, 2016に掲載されている。
2)低レイノルズ数における流体力学理論モデル: 低レイノルズ数における羽ばたき翼の簡易化モデルとして回転翼の流体力学理論モデルを構築し、前縁渦構造の新しい解析理論を提案した。本研究成果はJournal of Fluid Mechanics, 2017にアクセプトされた。
3)レビュー論文: 千葉大劉研究室と、昆虫飛行のバイオメカニクスと昆虫を規範とした羽ばたきロボット関連のバイオミメティクスの現状と今後の展望と生物飛行と生物遊泳に於ける非定常生物流体力学に関する招待レビュー論文を共同執筆し、Philosophical Transactions of the Royal Society B 0390, 2016、Acta Mechanica Sinica 2017にそれぞれ発表している。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Prof. Kai Schneider/Aix-Marseille University(France)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Prof. Marie Farge/ENS Paris,(France)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Dr. Thomas Engels/Technische University Berlin(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Dr. Ramiro Godoy-Diana/ESPCI, Paris(France)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Dr. Sridhar Ravi/RMIT(Australia)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Closed-form solution for the edge vortex of a revolving plate2017

    • 著者名/発表者名
      D. Chen, D. Kolomenskiy, H. Liu
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics (accepted)

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Unsteady Bio-Fluid Dynamics in Flying and Swimming2017

    • 著者名/発表者名
      *H. Liu, T. Nakata, G. Li, D. Kolomenskiy
    • 雑誌名

      Acta Mech. Sin (invited)

      巻: - 号: 4 ページ: 1-23

    • DOI

      10.1007/s10409-017-0677-4

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bumblebees Minimize Control Challenges by Combining Active and Passive Modes in Unsteady Winds2016

    • 著者名/発表者名
      *S. Ravi, *D. Kolomenskiy, T. Engels, K. Schneider, C. Wang, J. Sesterhenn, H. Liu
    • 雑誌名

      Sci. Rep

      巻: 6 号: 1 ページ: 35043-35043

    • DOI

      10.1038/srep35043

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Biomechanics and Biomimetics in Insect-Inspired Flight Systems2016

    • 著者名/発表者名
      *H. Liu, S. Ravi, D.Kolomenskiy, H. Tanaka
    • 雑誌名

      Phil. Trans. R. Soc. B

      巻: 371 号: 1704 ページ: 20150390-20150390

    • DOI

      10.1098/rstb.2015.0390

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bumblebee flight in heavy turbulence2016

    • 著者名/発表者名
      T. Engels, D. Kolomenskiy, K. Schneider, F.-O. Lehmann and J. Sesterhenn
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 116 号: 2 ページ: 028103-028103

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.028103

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Aerodynamic Ground Effect in Fruitfly Sized Insect Takeoff2016

    • 著者名/発表者名
      Dmitry Kolomenskiy , Masateru Maeda, Thomas Engels, Hao Liu, Kai Schneider, Jean-Christophe Nave
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 11(3) 号: 3 ページ: e0152072-e0152072

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0152072

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] FluSI: A novel parallel simulation tool for flapping insect flight using a Fourier method with volume penalization2016

    • 著者名/発表者名
      T. Engels, D. Kolomenskiy, K. Schneider, J. Sesterhenn
    • 雑誌名

      SIAM Journal on Scientific Computing

      巻: 38(5)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Analysis of bumblebee flight in unsteady wind using wind-tunnel experiments and high-fidelity numerical simulations2016

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy, H. Liu
    • 学会等名
      SICB Annual Meeting
    • 発表場所
      Portland OR, USA
    • 年月日
      2016-01-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of bumblebees flying in a vortex street2016

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy
    • 学会等名
      Dynamics of bumblebees flying in a vortex street
    • 発表場所
      Montreal, Canada
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flapping flight in turbulence2016

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy
    • 学会等名
      13th International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral method with volume penalization for numerical simulation of flapping flight2016

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Numerical Simulations of Particle/Droplet/Bubble-laden Multiphase Flows
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energetic costs of flapping flight in unsteady airflows2016

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy
    • 学会等名
      Workshop on “Macroscopic motion and microscopic motion in biofluid problems”
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Numerical modelling of bumblebees flying in turbulence2015

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy, H. Liu
    • 学会等名
      Workshop on “Aspects of motions in biofluid problems”
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-10-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical simulation of a bumblebee in fully developed turbulent flows2015

    • 著者名/発表者名
      D. Kolomenskiy, H. Liu
    • 学会等名
      8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Industry Biomimetics2017

    • 著者名/発表者名
      1.H. Liu, T. Nakata, G. Li, D. Kolomenskiy
    • 出版者
      Pan Stanford Publishing
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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