2017 Fiscal Year Research-status Report
弾性と運動による壁面近傍の渦度の成長メカニズムの解明
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17K06161
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渕脇 正樹 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (60346864)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 非定常流れ / はく離 / 翼 / 非定常運動 / 渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
弾性運動翼壁面近傍の渦度の成長に寄与するパラメータを見出し，その成長メカニズムを明らかにすることを目的とし，ヒービング運動する弾性翼および剛体翼まわりの流れ場を対象にした流体構造連成解析により，以下の知見を得た．
弾性翼は，弾性変形することにより，壁面近傍の広範囲に強い渦度をもつ渦を成長させることが可能となる．特に，ヒービング運動の上死点から下死点に動く時に，下向きの弾性変形が大きくなるため，翼背面の壁面近傍には，剛体翼に比べて，時計方向回転の強い渦が広範囲に成長する．
弾性翼の壁面近傍に成長する渦は，その第二不変量が大きいことから，弾性変形により成長する壁面近傍の渦の渦度は，回転成分が支配的であることが明らかになった．このことから，壁面近傍において成長した渦は，最終的に，翼後縁から後流へと巻き上げられ，放出され，強い渦度を持つ渦として後流構造を決定できる．そのため，弾性翼後流に形成される後流構造（渦列）は，剛体翼に比べ，高い渦度をもつ渦列であることが明らかとなった．
弾性翼壁面近傍には，回転成分が支配的な渦度が後部壁面に存在するために，壁面近傍には，境界層が生成される．特に，弾性翼が上死点から下死点に動き，その後部の弾性変形が非常に大きくなる際には，境界層に運動量を与えているかのような速度分布になることが明らかになった．
弾性運動翼に働く非定常揚力は，ヒービング運動の上死点からさらに大きくなる．これは，翼前縁から巻き上がった前縁はく離渦の成長の遅れに寄与していることが定量的可視化（PIV）計測からも明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
弾性運動翼壁面近傍の渦度の成長に寄与するパラメータを見出し，その成長メカニズムを明らかにすることを目的とし，ヒービング運動する弾性翼および剛体翼まわりの流れ場を対象にした流体構造連成解析を行ってきた．特に，弾性翼の弾性変形に対して，その壁面近傍の流れ場の可視化だけでなく，渦度の時間発展およびその速度分布を定量的に捉えることで，その渦度の成長メカニズムを明らかにした．その結果，弾性翼は，弾性変形することにより，壁面近傍の広範囲に強い渦度をもつ渦を成長させることが可能となり，特に，ヒービング運動の上死点から下死点に動く時に，下向きの弾性変形が大きくなるため，翼背面の壁面近傍には，剛体翼に比べて，時計方向回転の強い渦が広範囲に成長することが明らかになった．さらには，弾性翼の壁面近傍に成長する渦は，その第二不変量が大きいことから，弾性変形により成長する壁面近傍の渦の渦度は，回転成分が支配的であることが明らかになった．壁面近傍において強い回転成分の渦度をもつ渦は，最終的に，翼後縁から後流へと巻き上げられ，放出され，後流構造を決定できる．また，弾性翼壁面近傍には，弾性翼が上死点から下死点に動き，その後部の弾性変形が非常に大きくなる際に，境界層に運動量を与えているかのような速度分布になることが明らかになった．
また，翼前縁部の流れ場に注目すると，翼前縁から巻き上がった前縁はく離渦の成長は，剛体翼に対して遅れること，さらには，その成長の遅れが弾性運動翼に働く非定常揚力に寄与していることが流体構造連成解析だけでなく，定量的可視化（PIV）計測からも明らかになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒービング運動する弾性翼壁面上で成長する渦の成長に寄与するパラメータを精査し，さらには，後流へ巻き上げられた後の渦の特性を明らかにする．これまでの，弾性翼および剛体翼に加えて，ヒービング運動しながら，後部だけが回転運動を行う後部駆動翼の壁面近傍の渦度の成長を定量的に評価することで，壁面の空間勾配が渦度の成長に寄与しているかを検討する．また，これまでの研究成果である異なる翼形状の解析結果も加えることで，壁面の空間勾配が渦度の成長に寄与している仮説，さらには，壁面の空間勾配により成長する渦度が連続的な現象である仮説を証明する．これらは，高分解能の時空間情報を要するために，流体構造連成解析を主に進めるが，壁面に粒子を集中した定量的可視化（PIV）計測を含めたハイブリッド解析でアプローチする．
その一方で，後流へと放出された渦の減衰率に注目し，マクロな渦構造を構成する渦の特性を明らかにする．
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