流体と相互作用する弾性体の運動の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15740230
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 飯間 信 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (90312412)
• Keywords: 流体力学 / 生物流体 / 渦運動

Research Abstract

弾性の存在により物体と流体の相互作用運動がどう変化するかを調べるため、振動する弾性翼の後方にできる渦パターンについて調べた。一様流中に、流れに水平におかれた剛体翼が流れと垂直に振動するとき、翼から発生した渦は2重渦列をなす。振動の振動数と振幅の積をパラメータとするとき、この値がある臨界点を超えると、渦列の向きは流れと平行な状態から、流れ方向からある有限角度を持った方向に変化する。これをwake deflectionと呼ぶ。翼の材質を弾性体に変更したとき、このwake deflectionが発生する条件について調べた。弾性定数と質量を変化させて調べた結果、剛体翼の場合wake deflectionが起こるパラメータ領域で渦列の安定化(渦列が流れと水平になる)が観測された。安定化が起こる場合、すなわち渦列が流れに対して対称となる場合には、弾性翼の自由端の運動は流れ方向に対して非対称となる。一方、wake deflectionが観測される場合、すなわち渦列が流れに対して非対称となる場合は自由端の運動は流れ方向に対称となる。このように、渦パターンは弾性の存在により定性的な違いを生むことがあきらかとなった。
これらの結果は弾性の存在が物体と剥離渦の相互作用に質的な変化を呼び起こすことを意味している。たとえば昆虫の飛翔を考えるとき、実際の昆虫のはねは剛体ではなく弾性体であるが、現在の実験や数値計算はほとんどすべて羽を剛体として行われている。研究代表者の研究では剛体のはねをもつ2次元対称はばたきモデルにおいてもある種の対称性の破れや、いくつかの運動モードが発見されているが、本研究実績では、はねの材質により、より簡単な系においても定性的な渦とはねの相互作用が変化する一例を示したものである。

Research Products

• [Publications] 飯間 信, 柳田 達雄: "Unstabilization of Symmetric Motion of a Two-Dimensional Symmetric Flapping Model"数理解析研究所講究録. 1326. 44-56 (2003)
• [Publications] 柳田 達雄, 飯間 信: "羽ばたき運動の安定性とエナジェティクス"数理解析研究所講究録. 1305. 34-38 (2003)