ジェットマトリクスによる高温流れの剥離能動制御に関する研究

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 17360086
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 吉田 博夫 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 研究グループ長 (70111416)
• 研究分担者: 松沼 孝幸 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (40358031) ; 壱岐 典彦 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (30222847) ; 阿部 裕幸 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (40356374) ; 星 佳伸 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (30357941) ; 瀬川 武彦 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (50357315)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• キーワード: プラズマアクチュエータ / 高温流れ / パルス電源 / ジェットアレー / 能動制御

研究概要

ガスタービン、燃焼器、熱交換器などのような高温で使用される流体機械や機器に対するアクチュエータはほとんど見当たらない。アクチュエータが高温で作動するためには、まず材料の耐熱性が高いこと、熱防御に有利な構造・機構であること、などである。このようなことから、従来多く用いられてきた高分子材料や金属は適用できない。しかしながら、近年構造が単純でかつ操作が容易なプラズマアクチュエータ(PA)がアメリカ、フランスを中心に研究が活発化してきた。PAは稼動部分が無く二枚の電極と誘電体層からなるきわめて簡単な構造で取り付け状況に大きな自由度がある。
我々はこのPAに着目し、高温流れにおける境界層能動制御を可能とするアクチュエータを試作し、効果的に境界層制御を行うための縦渦生成原理、流れの構造変化、制御効果を明らかにし、将来的に工業分野との橋渡しとなる物理学的かつ工学的な新しい知見を得た。その主な内容は次のようにまとめられる。
1.室温から500℃までのPAの動作を確認し、高温環境下での運転の可能性を世界に先駆けて実証した。
2.PAの静電場に関する解析解導出に成功し、電極構造、電極材料、電気的性質などのパラメータ影響評価を容易に見積もることができるようになった
3.PA用の特殊高圧パルス電源を開発し実用化した(1社とライセンス契約締結)。
4.PAの放電と加速メカニズムについて検証し明らかにした。
以上の成果を、国内外の論文誌に8本、口頭発表2件で発表し、特許等6件申請した。

研究成果

• [雑誌論文] Smart control of flow separation around an airfoil (2008)
  • 著者名/発表者名: 阿部裕幸、野村武弘、菊島義弘、吉田博夫
  • 雑誌名: Journal of Power and Energy Systems 2 ページ: 1036-1047
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] DBDプラズマアクチュエータによる同軸環状噴流 Coaxial annular jet produced by DBD-plasma actuator (2008)
  • 著者名/発表者名: 瀬川武彦、吉田博夫、武川信也、Jukes, T.、Choi, K.S
  • 雑誌名: ながれ 27 ページ: 65-72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Smart control of flow separation around an airfoil (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Abe, Takehiro Nomura, Yoshihiro Kikushima, HiroYoshida
  • 雑誌名: Journal of Power and Energy Systems 2 ページ: 1036-1047
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Coaxial annular jet produced by DBD-plasma actuator (2008)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Segawa, Hire Yoshida, Shinya Takekawa
  • 雑誌名: NAGARE 27 ページ: 65-72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Turbulent drag reduction by means of alternating suction and blowing jets (2007)
  • 著者名/発表者名: 瀬川武彦、水沼 博、村上、Li、F.C.、吉田博夫
  • 雑誌名: FLUID DYNAMICS RESEARCH 39 ページ: 552-568
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] An analytical model of electric field by plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉田博夫、瀬川武彦、星 佳伸、Choi, K.S
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Mechanics Japan 56 ページ: 401-409
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wall normal jet under elevated temperatures produced by surface plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: 瀬川武彦、吉田博夫、武川信也、Jukes, T.、Choi, K.S.
  • 雑誌名: AIAA paper 2007-784
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Active Flow Control by Surface Plasma and its Aerospace Applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Choi, Jukes, 瀬川, 吉田
  • 雑誌名: Proceedings of IMechE on Active Method for Flow Control in Aerospace Applications
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Turbulent drag reduction by means of alternating suction and blowing jets (2007)
  • 著者名/発表者名: T Segawa
  • 雑誌名: FLUID DYNAMICS RESEARCH 39 ページ: 552-568
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] An analytical model of electric field by plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiro Yoshida, akehiko Segawa, Yoshinobu Hoshi, Choi, K.S
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Mechanics Japan 56 ページ: 401-409
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Wall normal jet under elevated temperatures produced by surface plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Segawa, Hiro Yoshida, Shinya Takekawa, Jukes, T., Choi, K.S.
  • 雑誌名: AIAA paper ページ: 2007-784
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Active Flow Control bv Surface Plasma and its Aerospace Applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Choi, Jukes, Takehiko Segawa, Hiro Yoshida
  • 雑誌名: Proceeding of IMechE on Active Method for Flow Control in Aerospace Applications
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ジェットアレーによる能動乱流制御 (2006)
  • 著者名/発表者名: 瀬川武彦、吉田博夫
  • 雑誌名: ながれ 25 ページ: 103-110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active turbulent flow control by jet array (2006)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Segawa, Hiro Yoshida
  • 雑誌名: NAGARE 25 ページ: 103-110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] DBDプラズマによるwall normal jetの速度場解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 瀬川武彦、吉田博夫、Jukes, T., Choi, K.S.
  • 学会等名: 日本流体力学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070800
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 流体制御用プラズマアクチュエータの電場解析モデル An analytical model of Electric field by plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉田博夫、瀬川武彦、星 佳伸、Choi, K.S
  • 学会等名: 第56回理論応用力学講演会講演
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] An analytical model of Electric field by plasma actuator (2007)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Segawa, Hoshi
  • 学会等名: Theoretial and applied mechanics, 56
  • 年月日: 20070000
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Velocity analysis of wall normal jet by DBD plasma (2007)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Segawa, Jukes.T., Choi, K. S.
  • 学会等名: The Japan Society of Fluid mechanics
  • 年月日: 20070000
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] オゾン送風装置 (2008)
  • 発明者名: 星, 他3
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: 特願2008-091020
  • 出願年月日: 2008-04-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 高温場用表面プラズマアクチュエータ (2007)
  • 発明者名: 瀬川武彦
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: 特願2007-114863
  • 出願年月日: 2007-04-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 高温場用フレキシブル電極 (2006)
  • 発明者名: 瀬川, 他3
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: 特許出願2006-323509
  • 出願年月日: 2006-11-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 表面プラズマ発生用電極 (2006)
  • 発明者名: 瀬川, 他3
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: 特許出願2006-336463
  • 出願年月日: 2006-12-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 氷結防止装置 (2006)
  • 発明者名: 瀬川, 他3
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: 特許出願2006-345130
  • 出願年月日: 2006-12-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 表面プラズマアクチュエータ駆動用高電圧高周波電源 (2006)
  • 発明者名: 瀬川
  • 権利者名: 吉川弘之
  • 産業財産権番号: ノウハウ登録番号2005004326
  • 出願年月日: 2006-03-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より