回転飛翔体の臨界レイノルズ数付近の流体力学的特性の解明

阐明临界雷诺数附近旋转弹丸的流体动力学特性

基本信息

批准号：
22K11467
负责人：
奥泉寛之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、回転球やゴルフボール、フライングデブリ等の回転飛翔体の真の空力特性とその流体力学的機構の解明が目的である。旧来の回転飛翔体の風洞実験では、ストラットやワイヤー等の機械的支持の存在により模型まわりの気流が変化し流体現象に影響しうることが指摘されている。本研究では、磁気力で模型を空中に支持する磁力支持天秤装置を用いることで課題を解決する。我々が前段階の研究で開発した平滑な表面の回転球を磁気力で支持しながら風洞実験を行う技術を基礎とし、表面に構造を持った回転物体を風洞実験の対象とすべく技術を発展させ、空気力計測や流れ場計測により空力現象を解明する計画である。今年度は上記風洞実験技術を用いて、再現性確認のために平滑な表面の回転球の風洞実験を実施し2つの課題を確認した。1つ目は模型の重心調整機構の改善である。現在は模型内壁に重心調整用錘を貼付する方法を取っているため、重心位置の微調整が難しく、回転模型にすりこぎ運動が発生することがあった。2つ目は、磁気力を発生するために模型内部に組み込んだ永久磁石の回転振動である。模型は、外殻と内部の永久磁石とをベアリングを用いて接続することで、模型外殻のみを気流軸に対して垂直な軸周りに回転させる構造であるため、ベアリングの回転摩擦抵抗が高いと永久磁石に振動的な回転運動が発生する。また、当該年度は、磁力支持天秤装置と風洞が設置されている低乱風洞実験棟の改修工事が実施されることになり、2022年8月以降は当該装置を全く利用できなかったため、前述の課題2つに対する対策の検討と先行研究のまとめ、ならびに風洞実験棟が利用可能となる2023年7月以降の実験計画を検討した。また、平滑な表面の回転球から表面に構造を持った回転物体へ対応させるためには、リアルタイム高速度カメラを新たに機器に組み込む必要があるため、最新機種の情報収集と選定を行った。

这项研究旨在阐明真正的空气动力学特性及其对旋转弹丸（例如旋转球，高尔夫球和飞行碎屑）的水动力机制。在旋转弹丸的传统风洞实验中，已经指出，机械支撑的存在，例如支撑杆和电线会改变模型周围的气流，这可能会影响流体现象。在这项研究中，我们通过使用使用磁力支持空中模型的磁支持平衡设备来解决问题。基于我们在上一个研究阶段开发的技术，我们进行了风洞实验，同时用磁力支持光滑的表面旋转球，我们计划开发该技术，以在其表面上具有结构的旋转对象，并通过空气动力学测量和流动现场测量来阐明空气动力学现象。今年，我们使用上述风洞实验技术进行了风洞实验，通过在旋转的球上进行旋转球，证实了两个问题，以确认可重复性。首先是改进该模型的重心调整机制。当前，一种方法用于附加重量以将重心调节到模型的内壁，从而使重新调整重心位置的中心，并且有时会在旋转模型上进行撬动运动。第二个是在模型内建立的永久磁铁的旋转振动，以产生磁力。在模型中，外壳和内部永久磁铁使用轴承连接，外壳围绕垂直于气流轴的轴旋转，因此，如果轴承的旋转摩擦电阻很高，则将在永久磁铁中发生振动旋转运动。此外，在这个财政年度，将在低湍流的风洞实验大楼上进行翻新工作，该建筑安装了磁支持平衡设备和风通道，并且由于自2022年8月以来根本无法使用该设备，因此我们考虑了上面提到的两个研究，以及在20223年7月的实验计划中，我们考虑了上述两个问题的反应。此外，为了将平滑的表面旋转球置于表面上的结构，必须将新的实时高速摄像头整合到设备中，因此收集信息并为最新型号选择了信息。