弾性表面波により物体表面から放射する音響流を用いた乱流摩擦抵抗低減法の研究

• 研究課題/領域番号: 18K18914
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分24:航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 川島 英幹 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (20450679)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 弾性表面波 / 音響流 / 流場制御 / 抵抗低減 / SAWデバイス / 流体制御 / 乱流摩擦抵抗低減

研究成果の概要

乱流摩擦抵抗を低減する流場制御デバイスを開発するため、流場制御デバイスから音響流を適切な角度で放射できるように、圧電体材料を金属や樹脂材料と積層する方法を開発し、材料の物性の組み合わせ等により、放射角を決定する因子である縦波伝搬速度がどのように変化するか研究した。
そして、試作流場制御デバイスを製作し、共振周波数計測試験を実施し、縦波伝搬速度を変化させられることを確認した。
また圧電材料と基盤材料の物性等をパラメータとして、複合化した圧電材料の縦波伝搬速度を推定する手法を構築し、流場制御デバイスの設計を可能とした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

船舶の場合、全抵抗の70～80％を乱流摩擦抵抗が占めるため、温室効果ガスの排出を削減するには、乱流摩擦抵抗を低減する方法の開発が重要である。現状では、船舶の乱流摩擦抵抗を削減する実用化された手段は、研究代表者もその実現に貢献した空気潤滑法のみである。本研究では、物体表面に圧電素材と櫛歯回路により、弾性表面波を発生させ、物体壁面の接線方向に近い角度の音響流を放射し乱流境界層内の流体を直接制御することで、乱流摩擦抵抗低減を図る音響流放射型流場制御デバイスの研究を行い、音響流の放射角を決定する因子である圧電素材の縦波の伝搬速度を制御する手法を開発できたことに、学術的、社会的意義がある。