| 研究課題/領域番号 |
26420115
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
中島 卓司 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40444707)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 過渡空気力 / 非定常空気力 / ３次元ブラフボディ / 渦構造 / 自動車空力 / 進行物体 / 空力微係数法 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、地面効果中を進行する３次元ブラフボディに突発的な条件変化に伴って作用する空気力の特性とその発生メカニズムを明らかにするための基礎的取組みとして、３次元ブラフボディの構築とその流れ特性の解明を進めるとともに、本研究で用いる水槽試験手法ならびに数値解析手法の整備と検証を行った。また、得られた空気力特性を系統立てて整理するための理論的な検討や、発生メカニズム解明のための可視化データ処理手法の検討も加えた。
手法の整備と検証においては、対象ブラフボディとして既存の箱型鈍頭形状モデルを用い、回流水槽試験と非構造格子有限体積法による数値解析を実施した。ブラフボディの背面傾斜角を変えることにより「後曳き渦」の強度が異なる流れ構造が形成されることを確認した上で、準定常的な偏揺角変化と単一周期の偏揺角変化をそれぞれ与え、準定常的および周期的な条件変化に伴うブラフボディ周りの流れ構造の振舞いとそれらに伴う流体力特性の変化を明らかにした。また、これらの過程において水槽試験および数値解析手法の妥当性についても確認した。数値解析においては、剛体であるブラフボディにバネ・ダンパを接続した自由振動系を対象とする解析モデルを構築し、流体－剛体運動連成解析も試行した。具体的な課題として、自動車を想定した３次元ブラフボディのピッチ角の自由振動を対象とし、初期変位を与えた減衰自由振動の解析を行って、過渡状態で生じる空気力について数値解析が可能であることを確認した。
実験計測ならびに数値解析により得られる空気力特性を空力微係数法に基づいて評価する手法を導入するとともに、その評価と発生メカニズムとの関連を理論的に考察し、これらを整理した。また、条件変化を伴う数値解析の結果に対して、基準状態との差分を取ることで流場変化を抽出し、空気力特性変化のメカニズム解明に有効な可視化データ処理手法を整備した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
数値解析においては、本年度予定していた準定常的な条件変化を対象とする解析にとどまらず、ALE法と非慣性系NS方程式に基づく解析を組合せた移動境界解析法による非定常条件の解析の実施と妥当性評価に至っており、当初の計画以上に進展している。実験計測においても、回流水槽試験を年度当初の計画通りに実施し、おおよそ計画通りに進展している。一方で、今後の過渡空気力計測において必要となる、風洞試験用の過渡風向偏向装置（可動フィン）の製作と導入については、計画していた年度内に実施ができなかった。以上のように、各項目で進捗に優劣があるものの、研究全体としての進捗はおおよそ予定通りのレベルにあることから、「おおむね順調に進展している。」と自己評価した。
なお、過渡風向偏向装置の製作遅れについては、装置の導入を予定していた新設の風洞設備において、非定常空気力の計測で問題となる高風速域の風速脈動が生じ、問題解決に時間を要したために、製作する装置の最終的な仕様決定が遅れたことが原因である。装置自体については数値シミュレーションに基づく設計検討を進めており、問題となっていた脈動の低減にも目途が立ったことから、今後早急に装置の製作と導入を進める予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も当初の研究計画に沿う形で、地面効果中を進行する３次元ブラフボディの過渡空気力特性を明らかにしてゆく。準定常的な条件変化や周期的な条件変化に加えて、突発的な条件変化を与え、各局所流れ構造の応答および非定常・過渡流体力特性を明らかにする。
このとき対象ブラフボディとしては、これまで主に対象としてきた鈍頭箱型形状に加え、試解析に用いた自動車車両を模した簡易車両模型も導入する。これにより、「後曳き渦」に加えて「相互干渉するピラー渦」や「サイドウェーク（車体側方縦渦）」の流れ構造と過渡流体力特性の関係についても調査解明を進める。
実験計測に関しては、遅れている過渡風向偏向装置の製作と導入を重点的に行い、風洞装置を用いた風向変化に伴う過渡空気力特性の計測を実施する。また、引き続き回流水槽試験装置において３次元トラバーサを動的に用い、過渡流体力の計測と流れ構造の定性的応答の可視化計測を行う。
数値解析に関しては、特に過渡条件でのLES解析を実施する。過渡的な流動現象の詳細把握とともに、過渡流体力の発生メカニズムや各流れ構造の応答特性が生じる流体力成分の解明を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
達成度評価の理由にも記述した通り、本年度製作予定であった風洞風向変動装置の導入が遅れ、その製作部品費用として計上していた備品費を使用しなかったため、次年度使用額が生じた。また、使用予定であった新型風洞の境界層風速分布特性を調査した結果、計画段階で計上していなかった風洞試験用治具（地面板）の追加製作が必要であることが判明したことから、他の経費についても研究の遂行に支障のない範囲でこれを縮減し、治具製作のための次年度使用額に組み入れることとした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
理由欄に示した通り、発生した次年度使用額は、風洞装置に導入予定の風洞風向変動装置（可動フィン）の製作部品と追加の風洞試験用治具部品の購入費用として、物品費に充てる計画である。
前者については、既に購入済みのフィン駆動用のモータを除く各部品として、FRP素材による矩形翼型フィンとその組み付け用フレーム部品（アルミフレーム、モータ固定用ブラケット、ベアリング等）、モータ制御器周りの消耗品類（ノイズフィルタ、配線ケーブル、スイッチ等）の購入を予定している。
後者については、追加製作予定の風洞試験模型設置用地面板の材料（アクリルプレート、アルミフレーム等）の購入に使用する予定である。
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