| 研究課題/領域番号 |
17K06174
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| 研究機関 | 呉工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
尾川 茂 呉工業高等専門学校, 機械工学分野, 教授 (90714262)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 空力騒音 / 時間微分圧力振動 / lighthill-Curleの式 / 三角翼の縦渦 / 自動車の縦渦 / 渦度 / CFD / 低騒音風洞 |
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| 研究実績の概要 |
初年度は空力騒音の主音源である、自動車の縦渦を三角翼モデルで再現して、縦渦のどこからどんな音が発生しているのか(部位と音響特性の関連性) の詳細を理論・実験・数値解析の３つの手法を駆使してその発生機構を明らかにすることを目標している。
理論面では空力騒音の音源式であるLighthill-Curleの方程式をベースにして、三角翼と縦渦の干渉によって発生する空力騒音の翼表面における音源分布を明らかにするこを試みた。
一方、実験では低騒音風洞を使用して、10,20,30m/sの3流速について調査した。迎角15°を付加した三角翼の表面に小型のコンデンサーマイクロホンを面一に埋め込み、翼表面の非定常圧力変動を計測した。上記の理論式であるLighthill-Curleの方程式から、音源と考えられる翼表面の時間微分圧力変動の分布の等高線図をプロットした。
また、解析では、実験と同様な三角翼と流速について、翼表面の時間微分圧力変動を求めた。その結果、実験と類似した結果が得られることがわかり、解析精度の妥当性が検証できた。さらに渦の強さを示す渦度空間分布を解析した。縦渦は円錐形状を有し、その円錐先端では渦度が高く、流体の粘性と翼表面との対流によって渦度は低減していくことが確認できた。
以上の理論・実験・解析を総合的に考察して、縦渦のどこから、どんな音が出ているかが推測できるようになった。すなわち、縦渦の先端部では強い渦度によって、翼表面が高振動数加振を受けるため、大きな高い音を出している。一方、軸方向に沿って旋回していくと、渦度が弱くなるため、後端部では渦は翼に対して低振動数加振しかできなくなり、そのため後方にいくに連れて小さな低周波音が発生していることが推察できる。
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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
初年度の目標は、理論・実験・解析を組み合わせ、縦渦のどこからどんな音が出ているかを明らかにすることであった。この目標に対して、ほぼ狙い通りの理論・実験・解析ができ、目標が達成できた。その成果は、主要な流体連成振動に関する３つの国際学会に投稿し講演発表する計画である。
今年度はさらに高精度の実験と解析を積み上げ、詳細な分析を進める予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究では、低騒音風洞実験で流れと音の同時計測に行う。すなわち、音源である渦度と遠距離場のマイクで計測した音とのコーヒレンスから音源を同定する。従来の表面圧力変動計測から音源を推定する手法に比べ、形状⇒渦度⇒音の三つの物理量を直接関連付けることで、縦渦の部位と音響特性の関係を解明する。
その妥当性は今年9月のJAXA音源探査手法であるビームフォーミング装置による実験で検証する。空力音と音源分布に関する確かな実験データに基づいて、数値解析結果の信頼性を評価し、空力音の発生機構の詳細を解析的に明らかにする。
一方，空力音の解析には、本校の学術共同提携校である兵庫県立大学のスパコンを利用する。空力音解析では流体の基礎式であるNavier-Stokes方程式を非定常かつ圧縮条件にて直接解く音場解析を行う。LES(Large Eddy Simulation)やDES(Detached Eddy Simulation)などの乱流モデルを一切使わず、計算メッシュを緻密にして大気圧に比べて微弱な音波を数億メッシュ数の直接解析(DNS：Direct Numerical Simulation）による予測を試みる。
以上の実験データをベースに渦音理論及び音響解析の結果を考察して、総合的に空力音の発生機構を解明する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
150万円の予定に対して、1,397,937円の使用で、残額が102,063円であった。理由はJAXAの打合せによる出張が予定を下回ったためである。
次年度は、JAXA風洞テストを9月に10日間ほど予定しているため、十分にリカバリーできる。
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