| 研究課題/領域番号 |
19K15203
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
藤田 昂志 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (80774471)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | モーフィング / 低レイノルズ数 / アクチュエータ / 空力 / 高電圧 / 空力デバイス / 膜翼 / 空力特性 / 構造 / 火星 / 宇宙探査 / 飛行機 / エラストマ / 柔軟膜翼 / 誘電エラストマアクチュエータ / 突風 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
火星探査航空機には，希薄で突風の強い火星大気中で飛行するため翼の高性能化が不可欠である．低レイノルズ数かつ突風の強い流れ場に適した翼としては，コウモリのような柔軟膜翼が知られているが，膜の受動的変形のみを利用する従来の柔軟膜翼では空力性能に限界があった．そこで本研究では，柔軟膜の面積を電圧によって変化させることのできる誘電エラストマアクチュエータを柔軟膜翼に適用する．この誘電エラストマ型柔軟膜翼により，柔軟膜翼形状をその場の状況に合わせて受動的ではなく能動的に変形させ，最大の空力特性を引き出すことを目指す．
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| 研究成果の概要 |
本研究は誘電エラストマアクチュエータというデバイスを用い，膜状の薄翼の形状を変化させて空力特性を制御することを目指している．誘電エラストマアクチュエータは，エラストマ膜の表面に柔軟電極を設けた構造をしており，数kVの高電圧を印加することで電極同士が引き合い，面積や張力を変化させることができる．
本研究では初めに基礎特性として，膜厚や予ひずみや印加電圧によってアクチュエータがどう変形するかを明らかにした．その後，アクチュエータを翼模型に適用して風洞試験を実施し，電圧印加によってキャンバを変化させ揚力係数を変化させられることを示した．また，その際の3次元変形をステレオカメラにより明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
柔軟膜翼は自然界ではコウモリなどが有しており，従来の剛な翼にはない様々な利点があることが知られている．しかし，膜の変形挙動を制御することが難しいことがこれまで課題とされてきた．
本研究では，近年新たに開発された，誘電エラストマアクチュエータという新しいアクチュエータ構造を用いることで，膜自体を直接変形させ，これにより今までにない能動的な柔軟膜翼制御を実現することを試みた．本研究では，実現の基礎となる種々の知見を獲得した．これらを応用することで将来的に，現在の剛な航空機とは一線を画するコウモリのような柔軟かつ高性能な航空機を生み出すことができると期待される．
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