航空機失速における翼ー胴体境界層干渉効果の解明とモデリング

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K22379
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 玉置 義治 東北大学, 工学研究科, 助教 (10881203)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2023-03-31
• キーワード: 航空機 / 乱流 / 剥離 / 高レイノルズ数

研究成果の概要

本研究では、航空機の失速予測において重要となる翼胴結合部における乱流境界層の干渉現象の解明を目指し、側壁付きの乱流境界層の高忠実乱流シミュレーション(LES)を実施した。このLESデータを用いた運動量輸送の解析により、側壁および主壁の境界層の干渉によって生じる二次渦が、隅部での境界層剥離を抑制することが定量的に示された。また同じデータを用いて、レイノルズ応力と速度勾配の関係を解析することで、二次渦の再現に重要となる乱流非等方性を精度良く再現可能な乱流モデルを構築した。さらに、この乱流モデルを用いて数値計算を実施し、従来の乱流モデルと比べた際の隅部における二次渦と剥離の予測精度改善を実証した。

自由記述の分野

流体力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

航空機の失速現象の予測は安全設計上重要であるが、従来の乱流モデルを用いた数値計算では十分な予測が困難であった。本研究は、失速現象に対して大きな役割を持つ翼胴結合部における境界層の剥離に焦点を当て、高忠実乱流シミュレーションにより現象の理解と乱流モデルの改良を目指した。この高忠実乱流シミュレーションにより、翼胴結合部の流れ場で重要となる流体現象を特定することができた。また、本研究で提案された乱流モデルは既存の流体ソルバに容易に実装可能であり、失速現象の予測精度向上に貢献するものであると考えられる。