| 研究課題/領域番号 |
20K14653
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
関本 諭志 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50783817)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | DBDプラズマアクチュエータ / 翼周り剥離制御 / 過渡過程現象 / 実験的非定常計測 / 過渡過程制御 / 実験的計測 / 数値流体計算 / 流体制御 / プラズマアクチュエータ / 過渡挙動 / 風洞実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年プラズマアクチュエータ(以下PA)と呼ばれるマイクロデバイスが、「薄い」「軽量」「機械的な可動部がない」「素早いレスポンス」といった特徴から注目を集め、航空機、風車、自動車、さらにはPCの冷却用ファンなど、様々な流れに関する機器への適用を目指して研究が進められています。これまでの研究ではPA駆動から十分時間が経って周囲の流れの状態が落ち着いた状態に注目して、制御効果を評価、現象の解析をしてきました。これに対し本研究では、PA駆動からダイナミックに流れが変わっていく様子である「過渡挙動」に注目して、PAが流れを制御するメカニズムを調べ、新たな流れの制御技術の確立を目指します。
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| 研究実績の概要 |
本課題は，流体制御マイクロデバイスであるDBDプラズマアクチュエータ（以下PA）による翼周り剥離流れ制御を対象とし，制御開始から準定常状態に至るまでの過渡過程現象に注目した研究である．流れが制御されていくプロセスを明らかにし，そして準定常的な流れの観察から導かれた現在の制御指針に加えて，過渡的な流れの変化を考慮した新たな制御手法の確立を目指している．
2023年度は，2022年度実施した非定常圧力計測による表面圧力時系列解析の結果を下に，翼近傍流れ場・圧力同時計測を実施した．PA制御開始から準定常状態に至るまでの過渡課程を計測するため，高い時間解像度を有する高速度カメラをレンタルし，PIV計測を実施した．過去に機械学習を用いた研究で報告された駆動方法を中心に，複数の駆動方法で過渡過程流れ場を計測した．計測結果から，一様流が翼弦長を流れ去る時間をフロースルー（以下FT）と定義すると，PAの駆動を開始した直後に大規模な渦が生成され，それに伴い約５FTまでPA近傍のせん断層が翼表面へ引き寄せられるが，その後はPAが駆動しているにも関わらず，非制御時と同程度にせん断層が翼表面から離れる過程が確認された．その際，2022年度の計測でも確認されたが，強い失速状態に対してPAによる制御，特にバースト制御を行った場合，同じ駆動条件でもせん断層が大きく変化して高い制御効果を発揮する場合と，せん断層が変化せず制御効果も見られない場合が確認された．これは，PAの制御を開始のタイミングと流れ場の状態が制御性能に影響を及ぼすことを示唆する．
ここまで得られた結果を踏まえて，最終年度の2024年度の研究に取り組み，最終的に非定常な空気力上昇を利用した流体制御技術の提案につなげる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
2023年度は翼近傍流れ場PIV計測・圧力同時計測を実施した．元々は同年度上旬に計測を行う予定であったが，今年度も冷却装置の老朽化に伴う度重なるトラブルに見舞われ，修理のために計測を延期せざるをえなかった．本PIV装置は海外製であり，修理に必要な物品を海外から調達する必要があったが，コロナウイルス後から修理に必要な物品の調達に時間がかかり，計測が実施できたのが，2023年度の終盤となった．計測後の後解析にも多くの時間がかかり，結果に対して十分な解析・議論を行えていないため，これを考慮して課題期間の延長申請をし，2024年度に課題を継続することとした．このような現状を鑑み，「遅れている」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度上旬に予定していた「高速度カメラを用いたPIV計測によるせん断層空間分布時系列解析」が，機器故障及びその修理に時間がかかったため，同年度終盤での実施となった．計測自体は終了しているが，計測後の後解析にも多くの時間がかかり，2023年度中の終了が難しくなった．2024年度は，取得したデータを基に包括的に解析を行い，議論を進める．以上を踏まえ，最終的に非定常な空気力上昇を利用した流体制御技術の提案につなげ，本研究課題の成果として課題期間中の研究発表を目指す．
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