| 研究課題/領域番号 |
21K04037
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 神戸市立工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
赤松 浩 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10370008)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | プラズマアクチュエータ / ナノ秒パルス電源 / 衝撃波 / 揚力係数 / 無人航空機 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
放電エネルギーを流体運動に転換できる超薄型デバイスにプラズマアクチュエータ(PA)がある．このデバイスは能動的な気流制御能力のため航空機翼への搭載により失速時の揚力回復機構等に期待されている．また，近年ではPAを駆動する高電圧電源としてナノ秒パルス高電圧電源の有効性が報告されている．本研究ではPAの実用化にとって重要なPA電極系の耐久性向上を目的としている．小型無人航空機に搭載可能なバッテリー駆動の小型ナノ秒パルス高電圧電源の開発と，放電現象工学の知見に基づいてナノ秒パルス放電に特化した電極構造を提案することで，耐久性を備えたPAデバイスの開発を試みる．
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| 研究実績の概要 |
気体のパルス放電現象にともなう衝撃波と流れの相互作用を流体制御に応用できる超薄型デバイスとしてナノ秒パルス放電式プラズマアクチュエータ(nsDBD-PA)があり，航空機の失速時の揚力回復機構等に期待されている．本研究では、PAの実用化にとって重要なPA電極系の耐久性向上を目的として実験を行っている．小型無人航空機に搭載可能なバッテリー駆動式小型パルス高電圧電源を開発し、放電現象工学の知見に基づいてパルス放電に特化した電極構造を提案することで耐久性を備えたPAデバイスの開発を試みている．
‘２３年度の実施内容は，（１）これまでに試作した半導体開放スイッチと可飽和トランスを併用したナノ秒パルス電源を使用した場合のPAの駆動における揚力特性の評価および（２）新たに試作した次世代半導体スイッチの高速遮断作用を用いた誘導性パルス発生回路を使用した場合のPAの揚力特性を評価した。なお、（１）（２）の実験において、翼型はNACA0014とし、スパン長150mm、コード長100mmとした。PAは翼前縁に配置した。翼型には揚力・抗力計測用のロードセルが接続されている。翼型は小型風洞に設置した。風洞内の流速は4m/sであった。
（１）において，迎角が20度付近で気流の剥離にともなう揚力係数の不連続な変化が確認できたが、nsDBD-PAの駆動によって臨界迎角付近の揚力係数が5%改善したことが認められた。（２）においても、迎角が20度付近で剥離が生じており、誘導性パルス発生回路によるnsDBD-PAを駆動したことによって揚力係数が4～5%改善することが認められた。
上記の実験では、翼型のアスペクト比が比較的小さいことから、他の研究機関で計測されるような臨界迎角付近での著しい揚力係数の変化が現れなかった。この点を反省し、次年度は風洞の観察洞を新調してアスペクト比の大きな翼型で揚力特性を評価する。
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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
当初計画では２０２３年度で研究が終了する予定であった。本研究開始当初から感染症対策にともなう研究計画の遅れが生じており、予定していた期間に研究を完了することが難しくなった。本研究は、バッテリー式小型ナノ秒パルス高電圧電源の試作は終えている。２０２３年度は、PAデバイスの空力特性を明らかにするための揚力・抗力係数の評価装置を試作することに時間を要した。現時点ではロードセルを用いた揚力・抗力係数の評価装置は完成している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの実験において、バッテリー駆動式小型ナノ秒パルス電源、ロードセルを用いた揚力・抗力評価装置は完成している。揚力・抗力係数の評価装置では翼型のアスペクト比が大きくした翼で評価するために風洞を改善し、より正確に計測する。また、ロードセルではなく圧力センサを用いた揚力・抗力計測の仕組みを追加し、本研究で提案するＰＡデバイスをナノ秒パルス電源で駆動した際の空力特性を明らかにする。
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