羽ばたかずに羽ばたくー非定常空気力学に基づく能動的気流制御システムの確立ー

扑动不扑动——建立基于非定常空气动力学的主动气流控制系统——

基本信息

批准号：
21K14343
负责人：
佐藤慎太郎
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

飛翔生物の羽ばたき動作を模擬する新しい手法として、本研究では固定翼に可動部を持たない気流制御デバイスであるプラズマアクチュエータを搭載し、非定常的に発生する揚力の制御を試みる。昨年度は２次元数値計算により、プラズマアクチュエータが生成する電気流体力を流れ場に付与することで、翼の羽ばたき動作によって生じる特徴的な前縁剥離渦の構造を模擬できることを確認した。本年度は実証実験に向けて、実現象に近いプラズマアクチュエータの入力条件を選定して数値計算を行ない、羽ばたき飛行と類似した流れ場構造が期待できる条件の探索を行なった。また、数値計算の結果から大きな電気流体力が生成できるプラズマアクチュエータの方が容易に前縁剥離渦を形成できることが示唆されたため、並行してプラズマアクチュエータの性能を向上させる研究も実施した。これらの成果を利用することで、当初の目的であったプラズマアクチュエータを用いた非定常揚力の制御が可能になると期待される。次年度では、今年度検討した条件での実証実験を行う。さらに、流れの3次元的な渦構造について詳細に検討するために Large Eddy Simulation 解析の実施および実証実験を行う予定である。その後、飛翔生物が誘起しているような複雑な3次元渦構造に着目し、3次元翼上に配置されたプラズマアクチュエータ素子群によって任意の次空間分布を持つ電気流体力を発生させることで翼の空力特性を大幅に向上させる手法について検討する。それにより、従来の翼理論の範疇を越える新たな非定常翼理論を確立し、革新的な飛行手法の提案を目標とする。

作为模拟飞行生物扑动运动的新方法，本研究尝试通过在固定翼上安装等离子体致动器（一种没有运动部件的气流控制装置）来控制不稳定产生的升力。去年，我们通过二维数值计算证实，通过将等离子体致动器产生的电流体动力施加到流场，可以模拟机翼扑动运动产生的特征前缘分离涡的结构。今年，在准备演示实验时，我们选择了接近实际现象的等离子体致动器输入条件并进行了数值计算，寻找能够使我们期待类似于扑动飞行的流场结构的条件。此外，数值计算结果表明，能够产生较大电流体动力的等离子体致动器更容易形成前缘分离涡，因此我们进行了并行研究以提高等离子体致动器的性能。预计通过利用这些结果，使用等离子体致动器控制不稳定升力将成为可能，这也是最初的目标。明年我们会在今年考虑的条件下进行示范实验。此外，我们计划进行大涡模拟分析并进行演示实验，以详细检查流动的三维涡结构。随后，我们重点关注复杂的三维涡流结构，例如由飞行生物体引起的涡流结构，并旨在使用一组布置在三维机翼上的等离子体致动器元件来产生任意空间分布的电液力，我们将讨论方法。显着改善机翼的气动特性。通过这一点，我们的目标是建立一种超越传统机翼理论范围的新的非定常机翼理论，并提出创新的飞行方法。