| 研究課題/領域番号 |
15K05807
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| 研究機関 | 工学院大学 |
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研究代表者 |
佐藤 光太郎 工学院大学, 公私立大学の部局等, 教授 (80252625)
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| 研究分担者 |
横田 和彦 青山学院大学, 理工学部, 教授 (70260635)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | シンセティックジェット / 噴流 / 非対称性 / ストローハル数 |
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| 研究実績の概要 |
推進器の流動制御，姿勢制御の基礎的研究として非対称スロットで生成される二次元シンセティックジェットの基本流動特性について重点的に調べた．すなわち自由噴流状態で局所的な幾何形状の非対称性が流れ場全体にどのような影響を及ぼすかについて，噴流偏向という視点から調査を行った．ここではスロットに長さcのくちばし形状突起物を設けて，様々な振動条件下で実験・数値計算を行い，下流における速度分布計測から時間平均噴流中心位置乃至噴流偏向度を求めた．さらにスモークワイヤ法による流れ場の可視化実験結果と数値計算で得られた速度ベクトル，渦度分布により，くちばしの有無および連続噴流とシンセティックジェットのフローパターンの比較がなされた．主な成果として，実験と数値計算のフローパターンは定性的に一致すること，連続噴流の場合には流れ場に及ぼす非対称性スロットの影響は明確ではないこと，シンセティックジェットの場合には流れ場に及ぼす非対称スロットの影響が顕著であること，シンセティックジェットはスロットのくちばし長さの増加に伴い曲率が小さくなること，等しい非対称スロットであればシンセティックジェットの曲率は振動数（無次元ストローク）で調整可能であることなどが明らかになった．特にシンセティックジェットを姿勢制御に利用することで，推進体の姿勢は幾何形状を変化させることなく振動数のみで制御可能であることを確認した．
また，くちばし形状スロットにより生成されるシンセティックジェットが直進するか偏向するかについてはマップ上に図示した．マップの横軸は実用上有益と思われるシンセティックジェット無次元振動数（ストローハル数），縦軸には無次元くちばし長さCを取った．なお，アクチュエータの振幅は一定とし実験・計算を行った．マップに関する成果は未発表であるが，国際会議での発表や論文投稿などを検討している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度，主な実験・計測装置については既存のものを使用したため，すぐに実験に取りかかることができた．数値計算についても解析コードを変更することなく従来同様，非構造熱流体解析ソフトSCRYU/Tetraを用いたため，メッシュ作成や乱流モデルなどで，これまで蓄積した細かいノウハウを活かすことができた．したがって，大きな目標としていた自由噴流状態における噴流の速度分布，渦度分布，速度変動振幅とスロット対称性との関係解明については概ね達成できたと考えている．流動特性に及ぼす振動条件の影響について計画を前倒しして研究を進めた．一方，申請時の計画では無次元くちばし長さC（=c/b0）をパラメータとして自由噴流条件での二次元シンセティックジェットの挙動とL0の関係について系統的に調査し，C/ L0によって流動特性の整理が可能か否かを検討するとしていたが，くちばし表面で境界層剥離が生じることがわかったため結果の整理方法あるいは境界層制御方法について，次年度以降に検討する．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も実験と数値計算の両面から非対称シンセティックジェットの流動特性・流力特性の解明を試みる．継続して基礎的流動特性の研究を継続して行う一方，今後は推進器モデルを対象とした研究にも取り組む予定である．様々な非対称スロットに対し引き続き流動特性に及ぼす振動条件の影響について解明を試み，さらにダクト内で主流を与えることで実現される推進器の流力特性に関する評価を始める予定である．予備計算により，連続噴流あるいはL0が小さい（等Re数における低周波数）場合にはジェット進行方向に及ぼすスロット形状の影響は限定的であり，一方，L0が大きい（高周波数）場合，条件によってはいわゆる逆噴射に相当する上流に向かう流れの形成が見られることが確認されており，今後は系統的な理論的研究を実行するとともに実験的にも流れ場を示す予定である．
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