受容性を応用した空力キャビティ音抑制デバイスの試作研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355009
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福西 祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60189967)
• 研究分担者: 中橋 和博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00207854) ; 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476) ; 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202) ; 井門 敦志 財団法人 鉄道総合技術研究所, 技術支援部風洞技術センター, 技師(研究職)
• キーワード: 流れの制御 / ピエゾ素子 / 空力音 / 非構造グリッド / 数値シミュレーション

研究概要

1.風洞実験による研究
PVDF圧電フィルムによりキャビティを越えるはく離流を制御し、キャビティ音を抑制する試みを小型風洞を用いて進めている。フィルムに異なる位相の信号を送出することでスパン方向に異なる位相の速度変動を励起し発生音を抑制する試みを行った。その結果流れの条件に依存する傾向はあるものの、発生音の抑制が実際に実現できることが示された。
次の段階としてのレイノルズ数を高くした流れ、特に上流の境界層が乱流化してはく離する場合の流れを制御する実験のための準備を進めつつある。
厚さ・電極材料などの異なる各種ピエゾ素子を比較評価し本研究の目的に適したものを見つける研究項目についても研究が進んでおり、その結果セラミックピエゾ素子が有力候補として浮上した。まだ初期の段階とはいえ、すでにこのセラミックピエゾ素子を用いて発生音を抑制する実験的研究も成果を出しつつある。
2.数値シミュレーションによる研究
3次元のナビエストークス・コードによる受容性の計算のための非構造グリッドによるプログラムの開発が精力的に進められている。まもなく実用段階に達する予定である。
流れ場から発生する音を数値シミュレーションにより予測する試みは、計算コードの開発がほぼ完了し、渦輪同士の衝突、カルマン渦列を発生している2次元円柱から出る音の計算など、比較すべき実験結果があるようなテストケースにより、計算精度の検証を行っている。しかし、この計算には膨大な計算時間を要するため、キャビティのような流れ場から発生する音の計算に適用することは困難である恐れが浮上してきた。そのため流れの計算と音の計算を分離する方向でのプログラム開発も進めつつある。

研究成果

• [文献書誌] S.Kikuchi and Y.Fukunishi: "Active flow control technique using piezo-film actuators applied to the sound generation by a cavity,"Proceeding, The 3rd ASME/JSME Joint Fluid Eng. Conf. CD-ROM.. (1999)
• [文献書誌] Y.Yokokawa,Y.Fukunishi and S.Kikuchi: "Suppression of Aeroacoustic Noise by Separation Control Using Piezo-Actuators"Proc. 6th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conf.. #1931 (2000)
• [文献書誌] Y.Yokokawa,Y.Fukunishi and S.Kikuchi: "Controlling a Separating Flow using Piezoelectric-Actuators"The 8th European Turbulence Conference. (printing). (2000)
• [文献書誌] Y.Kohawa and Y.Egami: "Active Control of Instabilities in a Laminar Boundary Layer"AIAA paper. #0921 (1999)
• [文献書誌] 井上 督,大沼 盛,玄 在民: "渦音の直接数値シミュレーション"日本機械学会第77期流体工学部門講演会講演論文集. 157-158 (1999)
• [文献書誌] M.Murayama,K.Nakahashi.,K.Sawada: "Numerical Simulation of Vortex Breakdown Using Adaptive Refinement with Vortex-Center Identification"38th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, January 2000. AIAA-#0806, (2000)