| 研究課題/領域番号 |
22K03864
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 琉球大学 |
|---|
研究代表者 |
屋我 実 琉球大学, 工学部, 教授 (60220117)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
|
|---|
| キーワード | 遷音速ディフューザー / スロート / ピエゾ素子 / 圧力変動抽出 / エアベアリング / 高速流れ / 音速状態 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
通常用いられる回転軸とその軸受けの間に設定される転がりベアリングの代わりに、その隙間を埋めるように高圧空気を用いるいわゆるエアベアリングの開発を目指する。すなわち隙間に充填する高圧空気とその圧力制御を隙間制御に利用するため、そのアクチュエータとして応答性高いピエゾ素子を適用する。ただしピエゾ素子はその変位を小さいという欠点があるが、これを空気力学的に増幅するためラバルノズルのスロートを用いることで、解決する。
|
| 研究実績の概要 |
スロートにおける特異点を利用した圧縮性流体力学的な圧力変動の増幅を計算及び実験的に確認するための実験装置を作成した。まず計算においてピエゾに相当するメッシュを設定し、ピエゾが移動する境界条件を設定することでより実際に近い計算を実行した。その結果スロートに開けたスリットを通して圧力変動が抽出できることを確認した。その計算においては、ピエゾ素子のスリットにおける圧力変動の応答を調べるため、ピエゾ素子に相当するメッシュの移動周波数を変えたり、移動する振幅を変化させた計算を行い、ピエゾ素子の振幅がスリット外側における圧力変動に大きく影響することが分かった。なおメッシ移動は正弦波関数を入力としているが、スリットにおける圧力変動はわずかに正弦波からずれていることが分かった。これはピエゾ素子に相当するメッシュの形状が矩形であるため、流れ方向に沿って上流側と下流側の角から発生する圧縮波と膨張波の影響と考えられるが、詳細はより細かいメッシュを用いた計算を実施して確認する必要がある。
またその結果を確認するため計算に用いたCADデータをもとに実験装置を設計し、付属の工作工場に設置されているマシニングセンターによってアクリルで作成した。さらにスロート近傍や上流よどみ点、スリットの外側の圧力変動を測定することが可能となり、予備実験において、スリットよりわずかではあるがピエゾ素子に連動した圧力変動が確認できた。ただしその可視化はアクリル板の屈折率の関係から明確な可視化はまだできていないが、今後アクリル板を慎重に選定することで、実験と比較できる程度の可視化を実施する予定である。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度における成果は、主に計算による流れ場詳細な検討と設計のためのデータの取得であったため、主に計算を行ってきた。一方計算に必要なモデルのデータはCADによる作成で、そのまま３次元データをマシニングセンターの工作用データに応用できることから時間を要する計算の待ち時間を利用して、技術職員と協力することで効率よく計画を進めることができた。したがって計算と実験準備がほぼ同時並行にすすめられたことが進捗状況が計画通りであることの大きな理由の一つであると考えられる
|
| 今後の研究の推進方策 |
近年の企業における製品開発ではすでに確立されているように、研究対象へのシミュレーションによるアプローチと実験による検証を有機的に活用することを想定している。すなわちすでに特許申請しているアイディアを具現化するために計算モデルに対して計算結果を参考にすることで期待する流れ場となるような形状を詳細に検討する。これはこれまでの計算結果から得られた知見であるピエゾ素子の角から擾乱が想定以上である可能性あるため、その影響を最小限にするための流れに面する形状を改良する。またその改良点を実際の流れ場に反映するための具体的な工作方法やピエゾ素子の選定を行い、当初の提案であるスピンドルの隙間の制御に使えるようにする。さらに実際にスピンドルのモデルを作成し、ピエゾ素子の入力信号とスピンドルの隙間の関係を明らかにする計画である。
|
