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放電モード制御によるプラズマアクチュエータの性能最大化

研究課題

研究課題/領域番号 16H06133
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東京農工大学

研究代表者

西田 浩之  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60545945)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)
2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2016年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
キーワードプラズマアクチュエータ / 流体制御 / 大気圧放電 / バリア放電
研究成果の概要

バリア放電を利用した流体制御デバイス,DBDプラズマアクチュエータの性能最大化を目標に,放電制御のコンセプトのもと,印加電圧波形のパラメトリックな最適化を行った.結果,緩急の電圧勾配を組み合わせた波形により大幅な性能向上が得られることを見出し,急電圧勾配による密なプラズマ生成と,緩電圧勾配によるプラズマの加速電場の維持が性能向上メカニズムであることを明らかにした.また,AC放電とDC放電を併用した新コンセプトの3電極プラズマアクチュエータを提案した.体積力生成の効率が良いDC放電を,AC放電からの電子供給により強化することで高い性能が得られることを数値シミュレーションにより示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題において,プラズマアクチュエータのエネルギー効率を約50%向上させることに成功した.プラズマアクチュエータは汎用性の高い流体制御デバイスである.本課題の遂行で得た成果により適用可能な主流範囲が拡大され,航空機や車輛の空力性能改善、タービンの発電効率改善など、多岐に渡る産業分野での実用化の加速が期待できる.また,本課題の研究により,大気圧放電における電気流体力学的現象の様々なメカニズムが明らかになった.静電気工学,プラズマ工学分野における学術的価値の高い知見が得られた.

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Investigation on performance characteristics of dielectric discharge plasma actuator using pulsed-dc waveform2018

    • 著者名/発表者名
      NAKAI Shun、NISHIDA Hiroyuki、OSHIO Yuya
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology

      巻: 13 号: 3 ページ: JFST0018-JFST0018

    • DOI

      10.1299/jfst.2018jfst0018

    • NAID

      130007496844

    • ISSN
      1880-5558
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Effect of Voltage Frequency on Thrust Production of Multi-Electrode Plasma Actuator2018

    • 著者名/発表者名
      MATSUNO Takashi、FUKUDA Ai、KAWAZOE Hiromitsu、NAKAI Kumi、NISHIDA Hiroyuki
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      巻: 16 号: 7 ページ: 582-587

    • DOI

      10.2322/tastj.16.582

    • NAID

      130007504913

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physical Mechanism of Tri-Electrode Plasma Actuator with Direct-Current High Voltage2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nishida, K. Nakai, T. Matsuno
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: 55 号: 11 ページ: 1852-1861

    • DOI

      10.2514/1.j055682

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DC放電とAC放電を利用した3電極プラズマアクチュエータの交流電圧波形による影響に関する数値的研究2017

    • 著者名/発表者名
      中井久美,西田浩之,松野隆
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 41 ページ: 194-200

    • NAID

      40021340878

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Electrohydrodynamics Force Generation Process on Tri-Electrode Plasma Actuator Utilizing Sliding Discharge2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tamura, H. Nishida, T. Koizumi, K. Nakai
    • 雑誌名

      International Journal of Plasma Environmental Science and Technology

      巻: 10 ページ: 95-101

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of flow measurement resolution on quasi-steady body force estimation in dielectric-barrier-discharge plasma actuator2016

    • 著者名/発表者名
      K. Ota, T. Sekiya, H. Nishida
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 6 号: 10 ページ: 1051091-12

    • DOI

      10.1063/1.4966044

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] バリア放電と流体の数値解析 ―流体制御デバイスとしての応用/DBDプラズマアクチュエータ2016

    • 著者名/発表者名
      西田浩之
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 40 ページ: 172-177

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Experimental Investigation of Plasma Actuator with Voltage Waveform Including Steep and Gradual Slopes2019

    • 著者名/発表者名
      NAKANO Asa, OSHIO Yuya, NISHIDA Hiroyuki
    • 学会等名
      AIAA Scitech 2019 Forum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Body Force Generation Control by Modulating Applied Voltage Waveform in Tri-Electrode Plasma Actuator2019

    • 著者名/発表者名
      NAKAI Kumi, HASEGAWA Daichi, HATAMOTO Asami, NISHIDA Hiroyuki
    • 学会等名
      AIAA Scitech 2019 Forum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Experimental investigation for effects of dielectric material on induced flow characteristics of DBD plasma actuator2018

    • 著者名/発表者名
      NAKANO Asa, OSHIO Yuya, NISHIDA Hiroyuki
    • 学会等名
      12nd European Fluid Mechanics Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 3流体モデルに基づく放電プラズマシミュレーションにおける 粒子種及び局所電界近似の影響2018

    • 著者名/発表者名
      中井公美,中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体材料が大気圧放電プラズマアクチュエータの誘起ながれに与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      中野朝,大塩裕哉,西田浩之
    • 学会等名
      第50回流体力学講演会/第36回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 印加電圧波形のパルス状接地がDBDプラズマアクチュエータの誘起流特性に与える影響の調査2018

    • 著者名/発表者名
      中井峻,大塩裕哉,西田浩之
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体材料の違いがプラズマアクチュエータの印加電圧波形最適化に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      中野朝,大塩裕哉,西田浩之
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体バリア放電が誘起するイオン風の再現を目的とした放電プラズマのモデリング手法の検証2018

    • 著者名/発表者名
      中井公美,西田浩之
    • 学会等名
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effect of AC Voltage Waveform on Tri-Electrode Plasma Actuator Utilizing Interaction Between AC and DC Discharge2018

    • 著者名/発表者名
      A. Nakano, M. Naka, H. Nishida
    • 学会等名
      2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Validation Study of Three-fluid Plasma Modeling of Dielectric Barrier Discharge for Plasma Actuator2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakai, A. Nakano, H. Nishida
    • 学会等名
      2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Helmholtz 分解を用いたプラズマアクチュエータの体積力場推定2017

    • 著者名/発表者名
      西田浩之,太田康介,野々村拓
    • 学会等名
      平成28年度 航空宇宙空力シンポジウム
    • 発表場所
      鳥羽シーサイドホテル(三重県鳥羽市)
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 電圧波形がDBDプラズマアクチュエータの性能に与える影響の数値解析2017

    • 著者名/発表者名
      中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      第34回プラズマプロセシング研究会/第29回プラズマ材料科学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道札幌市)
    • 年月日
      2017-01-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Effect of AC Voltage Waveform on Tri-Electrode Plasma Actuator Utilizing Interaction Between AC and DC Discharge2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nakai, H. Nishida, T. Matsuno
    • 学会等名
      International Symposium on Electrohydrodynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Voltage Waveform Aiming Performance Improvement of DBD Plasma Actuator2017

    • 著者名/発表者名
      A. Nakano, H. Nishida
    • 学会等名
      International Symposium on Electrohydrodynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Aerodynamic Body Curvature on Dielectric-Barrier-Discharge Plasma Actuator2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nishida, N. Asaumi, Y. Tanaka
    • 学会等名
      International Symposium on Electrohydrodynamics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulsed-DCプラズマアクチュエータの推力特性調査2017

    • 著者名/発表者名
      中井峻,西田浩之,大塩裕哉,太田康介
    • 学会等名
      第49回流体力学講演会/第35回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] DBDプラズマアクチュエータがバースト駆動で生成する流れ場の数値解析を用いた特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川大地,中井公美,中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      第49回流体力学講演会/第35回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 緩急勾配を持つ電圧波形の設計によるDBD プラズマアクチュエータの性能向上2017

    • 著者名/発表者名
      中野朝,中井峻,西田浩之
    • 学会等名
      機械学会2017年度年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pulsed-DC 波形のパラメータがプラズマアクチュエータの性能に与える影響の実験的調査2017

    • 著者名/発表者名
      中井峻,西田浩之,大塩裕哉,太田康介
    • 学会等名
      機械学会2017年度年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体バリア放電プラズマアクチュエータにおける放電プラズマシミュレーションの妥当性検証2017

    • 著者名/発表者名
      中井公美,中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      機械学会2017年度年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体バリア放電中における電気流体力学効果の再現を目的としたプラズマシミュレーションモデルの検証2017

    • 著者名/発表者名
      中井公美,中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      第31回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 3電極プラズマアクチュエータの性能向上に向けた交流電圧波形の検討2017

    • 著者名/発表者名
      中井公美,西田浩之,松野隆
    • 学会等名
      2017年度静電気学会春季講演会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス2号館(東京都文京区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 印加電圧波形がDBD プラズマアクチュエータの性能に与える影響の数値解析2016

    • 著者名/発表者名
      中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      日本機械学会 2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-09-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] DBD プラズマアクチュエータにおける体積力場の実験的解析の信頼性とその向上2016

    • 著者名/発表者名
      太田康介,西田浩之,野々村拓
    • 学会等名
      日本機械学会 2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-09-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 直流高電圧を利用した三電極プラズマアクチュエータの作動メカニズムに関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      中井公美,中野朝,西田浩之
    • 学会等名
      日本機械学会 2016年度年次大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-09-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] DBDプラズマアクチュエータの印加電圧波形最適化と体積力場の実験的解析2016

    • 著者名/発表者名
      太田康介,西田浩之
    • 学会等名
      第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 発表場所
      金沢歌劇座(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-07-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Analysis on Working Mechanism of Tri-electrode Plasma Actuator with Direct-Current High voltage2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nakai, H. Nishida, A. Nakano
    • 学会等名
      18th International Congress on Plasma Physics
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Analysis on Body Force Characteristics of Dual-Grounded Tri-Electrode Plasma Actuator2016

    • 著者名/発表者名
      A. Nakano, H. Nishida
    • 学会等名
      18th International Congress on Plasma Physics
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Basic Study on the Voltage Characteristic of Dual-Grounded Tri-Electrode Plasma Actuator by Plasma Simulation2016

    • 著者名/発表者名
      A. Nakano, H. Nishida
    • 学会等名
      47th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference
    • 発表場所
      Washington, D.C., USA
    • 年月日
      2016-06-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 東京農工大学 西田研究室のホームページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~nishida/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書 2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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