| 研究課題/領域番号 |
22KJ0251
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| 補助金の研究課題番号 |
22J12531 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
伊神 翼 東北大学, 流体科学研究所, 助教
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 感温塗料 / 低速流れ / 低レイノルズ数 / 回転翼 / 前縁剥離渦 / 流体計測 / 非定常流れ場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，感温塗料(TSP)と呼ばれる温度を光学的に計測できる技術を使って運動する物体周りの非定常流体現象を計測する新手法を確立し，回転翼の表面流れ場の解明を目指す.まずは，導電性を持つポリマを用いた内部発熱型の高速応答TSP(以降，導電性ポリマ型 TSP)を開発する.本研究では，このポリマを導電性にして，TSP自身に加熱機能を付加することで，周波数特性の飛躍的な向上が期待できる.良い周波数特性を持つ計測手法を確立することで，回転翼のような運動する物体まわりの非定常な流体現象の評価手法に用いることが可能となる.
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| 研究実績の概要 |
感温塗料(TSP)を用いて運動する物体周りの非定常流体現象を計測する新手法を確立し，回転翼ブレードの表 面流れ場の解明することを目指し研究を実施した．本研究課題では，まず導電性を有するカーボンナノチューブ(CNT)の薄膜加熱層とTSPを組み合わせた流体計測技術であるカーボンナノチューブ感温塗料(cntTSP)に着目し，その開発および評価を行なった．具体的には，低速流れでの非定常計測を想定したcntTSP塗料を開発し，それ対してその周波数特性を定量的に評価する手法を構築し，風洞試験において評価を実施した．さらにその評価手法に基づいて1次元非定常熱伝導数値モデルを構築し，周波数特性を改善する方法について議論した．これらの成果は，cntTSP計測の定量的な周波数特性を把握する手法を確立し，それが向上する指針を得ており，非定常cntTSP計測を行うために重要な知見となる．
次に，cntTSPを回転翼ブレード上の流れ場計測に用いることで開発したcntTSPの有用性を実証した．特に，ブレードピッチ角が大きい場合に生じる前縁剥離渦について着目し，その流れ場について議論した．cntTSPの可視化結果からは，ブレード全体に前縁剥離渦に対応した温度分布が形成されていることを明らかにした．さらに，cntTSP計測で取得した時系列温度場データから表面摩擦を算出し，前縁剥離渦によって生じる高摩擦領域を可視化することに成功した．この結果から，前縁剥離渦の分布を定量的に議論することができ，ブレード平面形と前縁剥離渦の分布，ロータの空力特性との関係性を明らかにすることができた．今後，特に低レイノルズ数流れを飛行する小型航空機では，前縁剥離渦を積極的に利用し高効率に飛行する設計指針の機体の開発が盛んになることが予想される．その中で，本研究課題で確立した流体計測手法が活用されることが期待できる．
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