Establishment of flow control technique using transient aerodynamic force with a microdevice

微器件瞬态气动力流量控制技术的建立

• 批准号: 20K14653
• 负责人: 関本 諭志
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14653/
• 关键词: DBDプラズマアクチュエータ; 翼周り剥離制御; 過渡過程現象; 実験的非定常計測; 過渡過程制御; 実験的計測; 数値流体計算; 流体制御; プラズマアクチュエータ; 過渡挙動; 風洞実験

本課題は，流体制御マイクロデバイスであるDBDプラズマアクチュエータ（以下PA）による翼周り剥離流れ制御を対象とし，制御開始から準定常状態に至るまでの過渡過程現象に注目した研究である．流れが制御されていくプロセスを明らかにし，そして準定常的な流れの観察から導かれた現在の制御指針に加えて，過渡的な流れの変化を考慮した新たな制御手法の確立を目指している．2022年度は，前年度未実施の非定常圧力計測による表面圧力時系列解析を実施した．翼表面に取り付けた複数の非定常圧力センサーを用いて，PAの制御開始前後の非定常な流れの遷移を観察する．前年度実施したPIV計測による流れ場計測とは異なり，剥離せん断層の具体的な位置はわからないものの，特に前縁及び後縁における圧力係数の時系列変化から，おおよその流れの様相を判断することができる．加えて，PIV計測に比べて計測・解析にかかる時間が非常に短いことから，多くの条件で計測が可能である．過去の研究から大失速芸角に対して，ONOFFを断続的に繰り返すバースト駆動では制御性能に上限があることが指摘されていたが，機械学習を用いた研究から，バースト駆動を組み合わせた駆動をすることで制御性能を更に上げられることが判明している．その研究で提案された条件を含め，多くのバースト駆動を組み合わせた条件で実験を行った．その結果，空気力を非定常に増大する条件が見出された．一方で，空気力の増大は非常に不安定に発生することも解析から判明し，流れ（剥離せん断層）の状態とPAの駆動タイミングの関係についてさらなる解析が必要である．ここまで得られた結果を踏まえて，2023年度の研究に取り組み，最終的に非定常な空気力上昇を利用した流体制御技術の提案につなげる．

该项目重点研究使用流体控制微型器件DBD等离子体执行器（以下简称PA）对叶片周围的分离流动控制，并重点研究从控制开始到准稳态的瞬态过程现象。我们的目标是阐明控制流动的过程，除了从准稳态流动的观察得出的当前控制指南之外，我们的目标是建立一种考虑瞬态流动变化的新控制方法。 2022年，我们利用非定常压力测量进行了表面压力时间序列分析，这是前一年没有进行过的。使用附着在叶片表面的多个非稳态压力传感器，我们观察 PA 控制开始之前和之后的非稳态流动转变。与前一年使用PIV测量的流场测量不同，虽然我们不知道分离剪切层的具体位置，但我们可以从压力系数的时间序列变化确定大致的流型，特别是在领先位置和后缘可以完成。此外，由于测量和分析所需的时间比PIV测量短得多，因此可以在多种条件下进行测量。过去的研究指出，突发驱动的控制性能存在上限，突发驱动响应大失速角，间歇性地重复开/关，但使用机器学习的研究表明，控制性能存在上限已经发现，通过这样做可以进一步提高控制性能。我们在结合了许多突发驱动器的条件下进行了实验，包括该研究中提出的条件。结果发现了导致气动力不稳定增加的条件。另一方面，分析还表明，气动力的增加发生得很不稳定，需要进一步分析流动（分离剪切层）状态与PA驱动时序之间的关系。根据目前取得的成果，我们将在2023年开展研究，最终提出利用空气动力不稳定增加的流体控制技术。