空力騒音発生機構の基盤的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450073
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井上 督 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (00107476)
• 研究分担者: 望月 修 東洋大学, 工学部, 教授 (50157830) ; 石井 克哉 名古屋大学, 情報連携基盤センター, 教授 (60134441) ; 中村 佳朗 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80115609) ; 畠山 望 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (50312666) ; 福西 祐 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60189967)
• キーワード: 空力騒音 / 渦音 / 衝撃波音 / エオルス音 / DNS / 渦 / 衝撃波

研究概要

本研究課題では、流体騒音の主たる発生原因と考えられている渦および衝撃波の挙動と騒音の発生・伝播メカニズムとの関係を明らかにすることを目的とした。まず、音の圧力を圧縮性ナビエ・ストークスの式から直接求めるために有限差分法に基づいた高精度(空間6次、時間4次)の計算コードを開発し、軸対称渦輪同士の衝突問題や渦輪の追い越し・融合問題に適用することにより、これらの問題における音波の発生と伝播の基本的メカニズムを明らかにするとともに、実験結果との定量的一致を得ることにより計算コードの有用性も確認した。つぎにこの計算コードを、衝撃波と渦の干渉問題に適用し、この干渉により反射衝撃波が生成されることにより音波が生成されること、生成された反射衝撃波が再度渦と干渉して次々に新しい反射衝撃波と音波を作り出すことなど、超音速乱流中での音の発生と伝播に関する重要なメカニズムを明らかにすることができた。さらにこの計算コードを流れの中に固体境界が存在する場合に拡張し、一様流中におかれた二次元円柱まわりの流れから発生するエオルス音の場合に適用した。得られた計算結果は揚力や抗力やカルマン渦の放出周波数などこれまでに実験的に得られていた結果と定量的に一致したのみならず、エオルス音はカルマン渦の放出により発生すること、揚力変動とエオルス音の発生は等価な現象であること、揚力の変動周波数とエオルス音の発生周波数はともにカルマン渦の放出周波数に等しいこと、などを明らかにすることができた。またこれ迄音場の予測法として用いられてきたCurleの式の妥当性を本直接解法の結果と比較することにより詳細に検討し、Curleの式はそのままでは音の伝播を正しく予測できないことを指摘し、その改良方法を提案した。さらに円柱に回転や周期的な吹出・吸込を加えることにより、音の発生や伝播方向をある程度人工的に制御できることも見出した。

研究成果

• [文献書誌] O.Inoue: "Sound Generation by a Two-Dimensional Circular Cylinder in a Uniform Flow"Journal of Fluid Mechanics. Vol.471. 285-314 (2002)
• [文献書誌] O.Inoue: "Separation of Reflected Shock Waves due to the Secondary Interaction with Vortices : Another Mechanism of Sound Generation"Physics of Fluids. Vol.14,No.10. 3733-3744 (2002)
• [文献書誌] O.Inoue: "Sound Generation by the Leapfrogging between Two Coaxial Vortex Rings"Physics of Fluids. Vol.14,No.9. 3361-3364 (2002)
• [文献書誌] O.Inoue: "A Parallel Adaptive Mesh Approach for Flowfields with Shock Waves"Shock Waves. Vol.12,No.2. 167-175 (2002)
• [文献書誌] N.Hatakeyama: "Direct Navier-Stokes Simulation of Acoustic Waves Radiated by Vortex-Body Interaction"Proccedings of the Second International Congress on Computational Fluid Dynamics, (2002), July 15-19, 2002, Sydney, Australia. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] N.Hatakeyama: "Analyses of Aerodynamic Sound by DNS"Proceedings of the 9th Asian Congress of Fluid Mechanics, (2002), May 27-31, 2002, Isfahan, Iran, CD ROM. No.125. (2002)
• [文献書誌] 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巻665号. 72-78 (2002)
• [文献書誌] Y.Fukunish: "Active Control of Turbulent Separating Flow over a Cavity for Noise Suppression"Proceedings of the 9th Asian Congress of Fluid Mechanics, Isfahan, Iran, (2002), CD-ROM. (2002)
• [文献書誌] A.Sasoh: "Numerical and Experimental Investigation of Wave Dynamic Processes in High-Speed Train/Tunnels"Acta Mechanica Sinica. 18. 209-226 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakamura: "Numerical Simulation of Acoustic Waves Propagating in a Perfectly Expanded Jet Flow"Computational Fluid Dynamics Journal. Vol.11,No.2. 178-184 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakamura: "Mixing Enhancement of Compressible jets by Using Unsteady Micro-jets as Actuator"AIAA Journal. Vol.40,No.4. 681-688 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakamura: "Correlation between Linear Stability Theory and Transition of Compressible Jet Shear Layer"Trans. Japan Soc. Aero. and Space Sci.. Vol.45,No.147. 35-44 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakamura: "On Instability of Acoustic Waves Propagating in Stratified Vortical Flows"JSME International Journal, Series B. Vol.45,No.1. 79-84 (2002)
• [文献書誌] Yoshiaki Nakamura: "Implementation of the Variational Riemann Problem Solution for Calculating Propagation of Sound Waves in Nonuniform Flow Fields"Journal of Computational Physics. 182. 118-148 (2002)
• [文献書誌] K.Ishii: "Vortical Flow around a Two-Dimensional Airfoil with Acoustic Excitation"Proceedings of the 4th International Conference on Nonlinear Mechanics. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] 望月 修: "非定常突入水膜流による気泡の間欠的取り込みと音の発生"日本流体力学会誌ながれ. 21巻5号. 447-454 (2002)
• [文献書誌] 望月 修: "単気泡の分裂とそれによる音"日本流体力学会誌ながれ. 21巻2号. 165-172 (2002)