ヒービング・ピッチング運動翼まわりの非定常はく離渦の挙動とその流体力への影響

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650187
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 田中 和博 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (80171742)
• Keywords: Unsteady flow(非定常流れ) / Separation(はく離) / Airfoil(翼) / Pitching motion(ピッチング運動) / Heaving motion(ヒービング運動) / Vortex(渦) / Lift(揚力) / Thrust(推進力)

Research Abstract

低レイノルズ数領域(10^3<Re<10^4)におけるピッチング運動翼まわりの流れ場とそれに働く非定常流体力特性を明らかにすることを目的とし,染料を用いた可視化実験,シュリーレン可視化実験および非定常流体力測定実験を行った.その結果,以下のことが明らかになった.
(1).ピッチング運動翼後流のフローパターンと非定常推進力特性
1.高無次元角速度のピッチング運動を翼に与えることにより,翼後流には推進力発生渦列が形成され,翼は推進力を発生することが可能である.
2.無次元角速度が高いほど翼後流には推進力発生渦列が発生し易い.また,回転中心を翼前縁から1/4弦長とすることにより,1/2弦長時よりも低い無次元角速度で推進力発生渦列を形成することが可能である.さらには,ピッチング振幅を大きくすることにより,さらに低い無次元角速度で推進力発生渦列を形成することが可能である.一方,ピッチング振幅が小さい場合には,1/4弦長中心,高無次元角速度の場合でさえ,推進力発生渦列は形成されない.
3.翼に働く非定常推進力は迎え角に対し,8の字,凹型のヒステリシスループを描き,その値は上死点および下死点で最大となる.また,翼に働く非定常推進力のピツチングー周期当たりの平均値は回転中心を1/4弦長とし,ピッチング振幅および無次元角速度を高くするにつれ大きくなる.
(2).ピッチング運動翼から発生する渦のスケール
4.高無次元角速度のピッチング運動翼背面上に形成される再循環領域は翼形状に依存し,この再循環領域は数個の離散的はく離渦により形成されている.離散的はく離渦の渦スケールは翼弦長の1/4弦長程度であり,これは翼形状に依存しない.従って,再循環領域のスケールは離散的はく離渦の発生数により決定される.再循環領域が翼弦長の1/2弦長程度に形成されるNACA65-0910の場合には2,3個の離散的はく離渦が発生し,翼背面全体に再循環領域が形成されるBTEの場合には4,5個の離散的はく離渦が発生する.

Research Products

• [Publications] Masaki Fuchiwaki, Kasuhiro Tanaka: "Vortex Scale of Unsteady Separation on Pitching Airfoil"Proceedings of International Symposium on Visualization and Imaging in Transport Phenomena. (発表予定). (2002)
• [Publications] Masaki Fuchiwaki, Kazuhiro Tanaka: "Two-dimensional Structure of the Wake behind a Pitching Airfoil with Higher Non-dimensional Pitching Rate"Journal of Visualization. Vol.4 No.4. 323-329 (2001)
• [Publications] 渕脇正樹, 田中和博, 林達也: "低Re数における非定常運動翼に働く推進力特性"日本機械学会第79期流体工学部門講演会概要・論文集. No.01-3. 86-86 (2001)
• [Publications] 林達也, 渕脇正樹, 田中和博: "低レイノルズ数領域におけるピッチング運動翼の推進力発生機構に関する研究"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. No.01-1 Vol.II. 199-200 (2001)