ザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼の羽ばたき運動による流体力発生機構の解明

模仿座头鲸胸鳍的前缘波浪形翅膀扑动运动阐明水动力产生机制

基本信息

批准号：
20K04289
负责人：
安田孝宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Shiga Prefecture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

鉱物資源調査や地球環境問題のデータ収集のための海洋調査には海洋調査機器の開発が重要となる．本研究では海洋調査に用いる機動性の良い魚型水中ロボットへの適用を目指し，機動性の良いザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼を開発する．特に前縁波形状翼の羽ばたき運動に着目し，その非定常流体力発生機構の解明を目的とする．令和4年度は、まず令和3年度の研究で構築した電動スライダー、モーター、データロガーで構成される自動測定システムを用いて，ヒービング運動・ピッチング運動時の前縁直線翼及び前縁波形状翼の流体力特性を多くの運動条件により測定することができた．その結果、ヒービング運動やピッチング運動の周波数が増加すると、特に前縁直線翼において静止翼の場合よりも揚力が増加することが確認できた．また，前縁波形状翼は運動の有無に関わらず高い性能を示すことを明らかにした．また、揚力波形の測定より，ヒービング運動・ピッチング運動共に特にアップストローク時に揚力が増加することを明らかにした．また、上記の非定常流体力発生メカニズムの解明を行うために、購入したPIVレーザーを用いて、スモークワイヤー法による流れの可視化を実施した．その結果、翼のアップストローク時に流れが剥離が抑制され、準定常状態より揚力が向上することや、前縁波形状翼では、ダウンストローク時の剥離を抑えて揚力低下の勾配を緩和することが明らかとなった．上記のピッチング運動の成果については日本機械学会論文集に投稿した．また，ヒービング運動の成果については2023年度のASME-JSME-KSME流体工学国際会議での発表が決定している．

海洋调查设备的发展对于海洋调查调查矿产资源和收集全球环境问题数据具有重要意义。在本研究中，我们将开发一种模仿座头鲸胸鳍的前缘波浪形机翼，具有良好的机动性，旨在将其应用于海洋研究中具有良好机动性的鱼形水下机器人。我们特别关注前缘波浪形机翼的扑动运动，旨在阐明产生非定常流体力的机制。在2020财年，我们将首先使用2021财年研究中内置的由电动滑块、电机和数据记录器组成的自动测量系统来测量垂荡和俯仰运动时的前缘直叶片和前缘波形。叶片在多种运动条件下的水动力特性。结果，我们证实，当升沉和俯仰运动的频率增加时，升力比固定机翼增加更多，特别是对于直前缘机翼。据透露，无论是否存在运动，前缘波浪形机翼都表现出高性能。此外，升力波形的测量表明，升力尤其在升沉和俯仰运动的上冲程期间增加。此外，为了阐明上述非定常流体力的产生机制，我们使用购买的PIV激光器，利用烟丝法对流动进行可视化。结果，在叶片的上冲程期间抑制了流动分离，与准稳态相比提高了升力，并且通过前缘波形翼，抑制了下冲程期间的分离并减轻了升力下降的斜率事情变得清楚了。上述俯仰运动的结果已提交给日本机械工程学会会刊。此外，还决定在 2023 年 ASME-JSME-KSME 国际流体工程会议上公布垂荡运动的结果。