超音速実験機における乱流遷移点の計測と予測法

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555333
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202)
• 研究分担者: 福西 祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60189967) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652) ; 中橋 和博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00207854) ; 渡部 英夫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (10006190) ; 大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (80183028)
• キーワード: 次世代航空機 / 抵抗軽減技術 / フライトテスト / 遷移点計測 / 境界層制御

研究概要

超音速無人実験機は、航空宇宙技術研究所を中心として研究開発が進められており、来春オーストラリアでロケット推進タイプの打ち上げが予定されている。われわれもこの研究プロジェクトに側面から支援する形で参加し、成果を上げてきた。実験機の主目標はCFD結果の検証であるが、性能的には自然層流翼を導入した抵抗軽減効果の実証、すなわち乱流遷移の予測と遷移点計測も主要な目標になっている。このような目的のもと低速域ではあるが、航技研の小型機を用いての遷移点計測、風洞を用いての後退翼まわりの乱流遷移の研究及びその層流制御、予測法の確立に関する実験・研究を行った。
これまでの結果を要約すると、
(1)亜音速域において後退翼境界層の乱流遷移メカニズムの解明を行った。
(2)これまでの研究実績を背景に、三次元境界層一般の不安定性に関する基準を新たなパラメータC_1、C_2を導入することで提案した。
(3)縦渦形乱流遷移のアクティブ制御法として、選択吸い込み法を開発しそれの遷移の遅れに対する有効性が認められた。
3年計画で推進された本研究課題により、三次元境界層の乱流遷移メカニズムがほぼ解明されたといえる。すなわち一次不安定性として定在形縦渦が発生、この渦により横流れ進行波が、そして変曲点型高周波二次不安定が誘起される。乱流遷移は常にこの高周波二次不安定によって行われる。したがって、乱流遷移を遅らせるためにはこの二次不安定の発生を抑制させることがポイントとなる。本研究成果はそれぞれの縦渦の発生位置に沿って、吸い込みスリットを設け縦渦下部に集められた、相対的に遅い流れを選択的に吸い込むことで有効に遷移を遅らせることが出来たことである。

研究成果

• [文献書誌] S.Maruyama,M.Kawase,S.Sakai,T.Takagi,Y.Kohama: "Proposal of Thermoelectric Actuator and Development of Active Catheter"JSME International Journal, Series B. 43・4. 712-718 (2000)
• [文献書誌] 裘進浩,韓載興,谷順二,小濱泰昭,進藤禎浩: "磁性流体と弾性膜を用いた層流制御用アクチュエータの開発"日本機械学会論文集(C編). 66・641. 146-152 (2000)
• [文献書誌] K.Nakahashi,F.Togashi,D.Sharov: "Intergrid-Boundary Definition Method for Overset Unstructured Grid Approach"AIAA Journal. 38・11. 2077-2084 (2000)
• [文献書誌] T.Fujita,Y.Ito,K.Nakahashi,T.Iwamiya: "Aerodynamics Evaluation Experimental Supersonic Airplane in Ascent using CFD"39^<th> AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. AIAA-2001. 1-8 (2001)
• [文献書誌] 中森一郎,井小萩利明: "超音速圧縮コーナーにおける乱流境界層と衝撃波の非定常干渉のLarge Eddy Simulation"日本機械学会論文集(B編). 65・651. 2794-2799 (2000)
• [文献書誌] Y.Yokokawa,Y.Fukunishi: "Generation of Velocity Fluctuation Patterns in the Flow over a Cavity"15th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics. Vol.45・8. 96-97 (2000)