| 研究課題/領域番号 |
18K17851
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
奥泉 寛之 東北大学, 流体科学研究所, 技術専門職員 (60647957)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | 回転球 / 支持干渉 / 磁力支持天秤装置 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、東北大学流体科学研究所の1-m 磁力支持天秤装置（1-m MSBS）を用い、ゴルフボールの様な球体にディンプルが付いた回転体の位置姿勢を空間的時間的平均化処理により通常の非回転球の場合と同様に磁力支持する流体力計測技術を獲得することによって、物体まわりの流れが変化する臨界レイノルズ数領域を含んだ流れ中での支持干渉のない空力特性を明らかにすることを目的としている。1-m MSBSは、模型に挿入した永久磁石と周囲に配置したコイルが作る磁場の相互作用により模型を空中に非接触で支持する。模型の位置姿勢は複数台のラインセンサーカメラで測定されコイル電流フィードバック制御用計算機に入力される。
本研究では2019年度までに、1-m MSBSで今まで用いていたセンサー系を本研究対象に最適な新センサー系へ改修し、平滑な表面の球模型の磁気力浮揚試験と浮揚状態での回転試験を行った。回転試験では、圧縮空気を2つのノズルから噴出させたジェットを球模型表面に噴射することによる空気力で、磁気力浮揚した状態の平滑な表面の球模型を極低速で回転させることに成功したが、計画していた回転数まで回転数を上げるためには、さらなる模型の改良が必要であることが判明した。また、同時期に再実施したディンプルつき球のセンサー精度検証により、空間的平均化はディンプルのような表面形状の影響を大幅に低減できるものの、センサー精度を著しく悪化させることが分かった。
2020年度は、ジェット気流吹付けによる平滑表面球模型の回転数を上昇させるべく模型の大幅な改良を実施し、無風時に磁気支持状態で最大1100rpmまで回転させ得ることを確認した。また、風速4m/sの一様流中においても、磁気支持状態で同じ回転数まで回転上昇させることに成功した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
初年度は確保できた1-m磁力支持天秤装置の利用期間が年2回と少なくまた模型に用いる特注ネオジム磁石の輸入が遅れた影響により、研究の進捗が遅れていた。次年度ははこれを挽回する計画であったが、年度当初には予定していなかったラインセンサーカメラ設置治具の改良を行う必要がでてきた為、新センサー系での球模型浮揚と極低回転での回転には成功したものの、空気力計測に取り掛かることができなかった。また、ディンプルのような表面形状の影響を低減させるために予定していた空間的平均化が予想よりも大幅にセンサー精度を悪化させることが分かったことにより、代替案を検討する必要が出てきたことも要因である。
2020年度は、新型コロナウィルスの影響により、実験期間並びに模型・装置製作期間が減少したため、当初予定していた計画が大幅に遅れた。しかしながら、ジェット気流吹付けによる平滑表面球模型の回転数を上昇させるべく模型の大幅な改良を実施し、無風時に磁気支持状態で最大1100rpmまで回転させ得ることを確認した。また、風速4m/sの一様流中においても、磁気支持状態で同じ回転数まで回転上昇させることに成功した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は平滑な球模型の磁気力浮揚と回転に成功したものの、必要回転数を得るためには模型に改良が必要であることが分かったため、2020年度は模型改良を行い、平滑な表面の球模型において4m/sの一様流中にて磁気支持状態で最大1100rpmの回転数を達成した。しかしながら、新型コロナの影響で予定が大幅に遅れたため、風洞試験を実施できなかった。このため、研究機関を1年延長することとした。
最終年度は、この技術を風洞試験に適用し、上記回転数に基づく支持干渉のない回転球の臨界レイノルズ数領域にて空気力取得を行う。ディンプル付きの球については、空間的平均化を用いたディンプル様表面形状の影響低減については見通しが良くないため、ローパスフィルターを用いた時間的平均化と併せた対策を早期に検討し、妥当性の検討を行う。そして、これらについて学会等で発表するとともにジャーナルへ投稿することにより、最低限の成果を発信することが出来ると考えている。
また別途獲得した科研費で、1-m 磁力支持天秤装置に対して非接触計測技術であるParticle image velocimetry (PIV)を用い、流れ場の可視化を行う準備も並行して進んでいる。当該年度はHelium Filled Soap BubbleをPIV用シードとして用いるための準備試験を実施した。最終的に、この非接触計測技術と融合させ、回転球周りの流れ場を理解する助けとなるデータを得ることも検討している。収束の見えないコロナ禍により研究環境は日々変化するため、最大限の成果を得るべく柔軟に研究を進める。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
研究の遅れにより、学会発表やジャーナル投稿できず、そのために予定していた額を次年度に使用する予定である。
|
