| 研究概要 |
翼端渦のような縦渦構造が翼面と干渉することによって発生する翼面圧力変動が広帯域騒音を支配するという観点から,渦構造を制御して渦と翼面の非定常干渉を抑制することにより,翼面圧力変動を減少させて羽根車の広帯域騒音の低減化を実現する新技術の開発を企図して,本研究課題ではプロペラファンを供試羽根車とし,まず翼端渦の制御を行わない場合の渦流れ構造およびその非定常挙動,ならびに空力騒音と密接に関係した翼面圧力の時間変化に及ぼす渦構造の非定常挙動をLDV計測による実験解析とLESによる数値解析により調べた.
その結果,プロペラファンの羽根車流れでは翼端渦と翼前縁剥離渦が大規模な渦構造として形成されること、両者のうち翼端渦が流れ場を支配していること,翼端渦は周方向に発達し,隣接翼の圧力面と干渉してスパイラル形の渦崩壊を起こすこと,この渦崩壊により翼端渦は翼間内を大きく蛇行して隣接翼先端部の圧力面と非定常的な干渉を起こす結果,この干渉領域で極めて大きな翼面圧力変動が生じること,渦崩壊に伴う翼端渦の非定常変動は翼前縁剥離渦の変動をも引き起こし,前縁剥離渦に沿った翼面圧力も大きな時間的変動を呈すること,翼端渦の崩壊に起因した上記の翼面圧力変動の強さは翼前縁剥離泡内で生じる圧力変動の10倍程度であることが明らかになった.
以上の結果を踏まえて,すなわちプロペラファンでは翼端渦が空力騒音を最も支配していることから,翼端渦の巻上がりを抑制するシュラウドを考案し,そのシュラウドを装着した供試羽根車周りの流れ場をLDVにより計測した.その結果,翼端渦の強さが制御されて弱くなり,翼端渦に起因した非定常性が低下して,ファンの空力騒音も低減化されることが明らかにされた.
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