| 研究課題/領域番号 |
19H00800
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
浅井 圭介 東北大学, 工学研究科, 教授 (40358669)
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| 研究分担者 |
青野 光 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (10623712)
齋藤 勇士 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50828788)
野々村 拓 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60547967)
澤田 惠介 東北大学, 工学研究科, 教授 (80226068)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 感圧塗料 / 変形計測 / 回転翼 / 羽ばたき翼 / ロコモーション原理 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は変形する物体が生じる非定常圧力場を光学的に計測する新しい概念の計測技術を開発と実証を目的とし，本年度はその第２段階として，以下の課題に取り組んだ．
(1) 昨年度導入した高速度カメラを用いて，回転翼（ベンチマーク試験その１）を実施した．平板ブレードと実際のプロペラに近いブレードの2種類の実験を行い，温度補正法の検討を行うと同時に，最適ゲートの決定法や信号雑音比を向上するための各種手法を評価した．これらの技術課題と並行に，感圧塗料による圧縮性非定常流れの計測の一環として，遷音速における衝撃波振動現象の計測を行った．また，感温塗料の非定常計測による再付着流れの可視化にも取り組んだ．
(2) ドット・マトリクスの自動塗装機構の開発が難航したため，塗装がより簡単な2色素混合型塗料の検討を行った． 2色素の劣化特性の補正を含めた較正法と劣化を防ぐための調合法の研究を並行で進めた．
(3) 写真測量法によるステレオ計測を基準とし，シングルカメラで物体の３次元形状変形を光学的に計測する手法の実証に取り組んだ．回転翼（ベンチマーク試験その１）を対象に３次元形状変形計測の予備実験を行い，低次元線形モデルを用いたシングルカメラ模型変形計測手法の有効性を確認した．
(4) 火星大気風洞の内部の酸素濃度を可変する手法の有効性を評価するため，酸素濃度を可変した環境下での回転翼の感圧塗料計測を実施した．計測ノイズが予想より大きく酸素濃度可変の効果が明確には判断できなかったので，改良型の画像合わせ手法やブレ補正手法によるノイズ低減法の開発に取り組み，次年度実施する予定の再試験に備えた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
感圧塗料・感温塗料の膜面への印刷手法の開発については，当初計画していたドット・マトリクスの自動塗装はサンプルベースでは有効なものの，大面積への塗装には適していないことが判明した．そのため，2色素混合型塗料を使用する方向に方針を切り替えることにした．この方法では，2色素の劣化特性の違いが精度上の問題となるが，その補正のために開発した手法が有効に機能することを示すデータが得られている．
回転翼を用いたベンチマーク試験が3次元形状の変形計測を含めて順調に進んでいるのに対して，羽ばたき翼については評価用ロボットの開発が難航している．今のところ羽ばたき周波数は最大15Hzに限られており，目標とする周波数を達成するためには，設計や材料の変更が必要となると思われる．
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| 今後の研究の推進方策 |
感圧塗料の寿命計測手法の開発は順調に進んでおり，次年度は試験環境の酸素濃度を可変させた状態で回転翼（ベンチマーク試験その１）を実施し，寿命法におけるゲート選定を含む最適条件での圧力分布計測を実現する．また，これと並行に低圧環境下における翼型や物体干渉の基礎実験を実施し，回転翼のロコモーション原理を理解するための流体力学的な知見を蓄積する．
一方，開発が遅れている羽ばたき翼（ベンチマーク試験その２）については，専門家のサポートを得ながら評価用ロボットの部品を再設計したり材料を変えたりするなどして，目標とする30Hzの羽ばたき周波数を実現した上で，圧力分布と形状変形の同時計測の可能性の実証に挑む．
本研究で得られた実験データは国際的にも貴重なものであり，火星ヘリコプターのローター設計や低レイノルズ数における翼型のDNS計算に取り組んでいる海外のエキスパートと協力して，成果の波及に努める．
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