受容性を応用した空力キャビティ音制御デバイスの試作研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355009
• 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, 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, 技術開発事業本部, 技師(研究職)
• キーワード: ピエゾセラミックアクチュエータ / 能動制御 / T-S波 / 斜行波

研究概要

1.風洞実験による研究
これまでの実験から、キャビティ上流の平板の縁に取り付けたピエゾプレートから導入される周期変動によって、流れ方向に同じ周期をもちながらスパン方向には位相の異なる流れ場を作り出すことで、スパン方向に隣接する位置から位相の異なる空力音を発生させ、遠方場においてそれらがお互いに打ち消し合って全体として発生音を低減させる効果があることがわかっている。本年度は、その過程で、キャビティ内部に小さな板状の遮蔽物を挿入するだけで、さらに大きな制音効果が得られることを新たに発見した。また、遮蔽物の寸法と挿入位置によってその効果に大きな違いが見られることを見いだした。これらの実験は本学の小型検定風洞を用いて行ったものであるが、(財)鉄道総合技術研究所所有の米原風洞試験センターの大型風洞にて実用スケールを対称として同様の実験を試みたところ、小型風洞で得られた結果とほぼ同じ測定結果を得ることができた。
2.数値シミュレーション
数値シミュレーションに関しては開発中であった高精度風上差分による直接数値計算をさらに発展させることができ、物体が存在する場合にも精度を落とすことで対処できるようになり、カルマン渦列発生に伴う円柱から発生する空力音の解析ができるに至った。しかし、キャビティから発生する空力音の計算に関してはより多くのグリッドを要するため、計算結果を得ることはできなかった。

研究成果

• [文献書誌] 横川 譲, 福西 祐: "キャビティ内渦構造のスパン方向波長制御による空力発生音の低減"日本機械学会論文集. 68・665. 72-78 (2002)
• [文献書誌] Yu Fukunishi, K.Morita, M.Motoki, Y.Yokokawa: "Active Control of Oblique Waves in a Transitional Boundary Layer"Transactions of the Aeronautical and Astronautical Society of the Republic of China. 34・3. 275-279 (2002)
• [文献書誌] Y.Fukunishi, Y.Yokokawa, S.Izawa: "Active Control of Turbulent Separating Flow over a Cavity for Noise Suppression"Proceedings of the 9th Asian Congress of Fluid Mechanics. (CDROM). (2002)
• [文献書誌] Y.Fukunishi, K.Shibamoto, T.Sakai, S.Izawa: "Development of a Device to Control Waves in a Transitional Flat-Plate Boundary Layer"The Fifth JSME-KSME Fluids Engineering Conference. (CDROM). (2002)
• [文献書誌] O.Inoue: "Sound Generation by the Leapfrogging between Two Coaxial Vortex Rings"Physics of Fluids. 14. 3361-3364 (2002)
• [文献書誌] O.Inoue, N.Hatakeyama: "Sound Generation by a Two-Dimensional Circular Cylinder in a Uniform Flow"Journal of Fluid Mechanics. 471. 285-314 (2002)