人工筋肉をノズル部に用いた噴流拡散のフィードバック制御

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560165
• Research Institution: Kagoshima National College of Technology
• Principal Investigator: 中島 正弘 Kagoshima National College of Technology, 機械工学科, 教授 (70124170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 和博 九州工業大学, 情報工学部・機械情報工学科, 教授 (80171742) ; 李鹿 輝 山形大学, 工学部・機械システム工学科, 教授 (00253906) ; 田畑 隆英 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (50290846) ; 椎 保幸 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (30270391) ; 渕脇 正樹 九州工業大学, 情報工学部・機械情報工学科, 准教授 (60346864)
• Keywords: 噴流 / 乱流 / 拡散制御 / 人工筋肉 / PIV解析

Research Abstract

本研究の根幹をなす人工筋肉は研究分担者である九州工業大学情報工学部機械情報工学科の田中和博教授,および渕脇正樹准教授の熱・流体工学実験室でのみ,製作可能である.したがって,本年度も前年度に引き続き,この研究室で実験を行い,得られた実験結果の解析は,鹿児島高専流体工学実験室で行った.
前年度に引き続き,人口筋肉で製作された伸縮自在なノズル部から流出する噴流の可視化実験を行った.縦×横×高さが50×250×200mmのアクリル樹脂製の水槽内に設置された小型ポンプからの水は,2片の人工筋肉で製作されたノズル部から水噴流となって水槽内に流出する.このときの流出速度は,駆動用モーターの回転数を制御することにより,種々変化させた.なお,人工筋肉製のノズルは最大仲長幅10mmであり,左右に約400秒かけて伸縮するため,人工筋肉製ノズルの最大幅とノズル部における最大速度を用いたレイノルズ数は約1,000から約3,000程度とした.なお,人工筋肉が流速に大きく影響を受けるので,レイノルズ数は,これ以上,大きくすることができないことも,今年度の研究で明らかになった.
このような流れ場をPIV解析することによって,人工筋肉によって変形するノズルから流出する噴流の速度計測を行なった.そして,得られた速度信号を用いて,平均速度分布,乱れ強さ分布,レイノルズ応力分布,および渦度分布などの乱流特性量分布を前年度と同じ条件で求め,人口筋肉製ノズルから流出する噴流の乱流組織構造を詳しく調べた.また,人口筋肉の伸長周期400秒の8分の1周期ごとの時系列速度信号を用いた速度時系列解析も行なった.