| 研究課題/領域番号 |
22K04529
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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24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 岩手大学 |
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研究代表者 |
上野 和之 岩手大学, 理工学部, 教授 (20250839)
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| 研究分担者 |
竹田 裕貴 岩手大学, 理工学部, 助教 (70911634)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 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: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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| キーワード | 自由運動型動的風洞試験 / 磁力支持風洞 / モーメント傾斜 / 揚力傾斜 / 風洞 / 磁力支持 / 空力微係数 / 動的安定性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
独自に考案・開発した装置で、磁気力を使って風洞模型を浮上させます。この装置の特徴は、風洞模型が気流の影響を受けてゆらゆらと揺れる設計になっていることです。この「空気力を反映した動的風洞試験」は世界でも前例のみつからない挑戦的な試みです。
研究対象は「はやぶさカプセル」に似た大気圏突入カプセル模型です。この模型の動きをモーションキャプチャという手法で観察し、空気力学的な特徴を調査し、実機設計に貢献します。また、煙を使った方法で流れを可視化して、乱流渦と運動する風洞模型との間の作用・反作用について理解を深めます。さらに、３次元流れの数値シミュレーションで実験結果の考察を支援します。
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| 研究実績の概要 |
独自に考案・開発した装置で、磁気力を使って風洞模型を浮上させ、風洞試験を行いました。この装置の特徴は、風洞模型が気流の影響を受けてゆらゆらと揺れる設計になっていることです。この「空気力を反映した自由運動型動的風洞試験」は世界でも前例のみつからない挑戦的な試みです。
研究対象は「はやぶさカプセル」に似た大気圏突入カプセル模型です。この模型の動きをモーションキャプチャとい う手法で 観察し、空気力学的な特徴を調査しました。2022年度の研究により、モーメント傾斜、揚力傾斜を定量的に同定できることを実証しました。
モーメント傾斜の同定においては、重心と磁力中心の 1/100 mm 程度のズレを考慮した詳細な検討を行いました。それを考慮したデータ解析ではフーリエ変換による周波数解析をうまく使うことによって、静的な風洞試験よりも精度の高い結果を得ることができました。
いっぽう、揚力傾斜の同定においては並進運動の第２ピークを使えばいいことを示しました。ただし、第２ピークはノイズに埋もれてしまう懸念があるため、より長時間の実験計測によって周波数空間での解像度を上げる必要があります。今年度の研究ではそれを達成して、揚力傾斜を取得することができました。
また、煙を使った方法で流れを可視化して、乱流渦と運動する風洞模型との間の作用・ 反作用について理解を深め ました。さらに、実験結果の考察を支援するための３次元流れの数値シミュレーションを実施して、カプセルまわり流れに関する理解を深めました。
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| 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
現有の100mm角縦型風洞を使った自由運動型動的風洞試験のモーションキャプチャ結果から、モーメント傾斜と揚力傾斜を同定する手法を確立した。
また、動安定特性をより詳細に調べるために 240×80mm の新規風洞と自由運動型磁力支持装置を開発した。位置検出にシャドーグラフ法（物体シルエット）を使うことにより、模型の大ストローク並進運動があっても運動面と垂直方向の変位を正確に補足することに成功した。今後、装置の詳細調整が完了した後には、これまでよりも気流速度を上げた実験が可能になる。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展している。
なお、世界的半導体不足の影響で2022年度に購入予定だったハイスピードカメラが購入できなかった。2023年度は研究の進展を考慮しつつ、購入品の変更も含めて再検討する。
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| 今後の研究の推進方策 |
新しい磁力支持装置用の開放型磁気回路と制御用コイル調整する。予備試験を行い、必要であれば改良型を製作する。
改良した風洞と磁力支持装置を使って動的風洞試験法を実施する。並進運動の磁気的な固有振動数よりも、空力的ピッチ振動周波数が高くなるような条件を見つけて、空力・磁気力共振の悪影響を受けないようにする。そのためには風洞の気流速度を上げることが有効だと予想する。実験条件としては難しい条件になるので、装置の調整を十分に行い、模型が風洞から跳び出してしまうのを防止するための工夫を積み上げていく計画である。
自由運動型動的風洞試験で回転－並進フル連動が得られた後に、空力微係数取得と同じ条件でスモーク ワイヤ法による流れの可視化を行う。
以上の研究で、事前に運動をプログラミングする強制運動型動的風洞試験と、空気力を反映した自由運動型動的風洞試験（本研究）で得られる結果に差異があるのかないのかを見極めたい。
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