風洞試験での柔軟構造・流体連成計測法の開発と超音速パラシュート周りの流体現象解明

开发风洞试验中的柔性结构/流体相互作用测量方法并阐明超音速降落伞周围的流体现象

基本信息

批准号：
15J10969
负责人：
田口正人
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J10969/
关键词：
流体構造連成超音速流れパラシュート

项目摘要

本研究の目的は、超音速パラシュートのような流体中の柔軟構造物に対して実験的解析手法を与え、その空力特性を解明することにある。昨年度までに、柔軟構造の風洞試験に適用可能な感温塗料法を確立し、実際に風洞試験に適用した。しかしながら、形状を定量的に計測するには至っておらず、手法のさらなる改良が必要であった。そこで本年度は、ステレオカメラによる感温塗料計測を行い、温度計測を行いながらにして模型の３次元形状を計測できる様に手法を改良した。具体的には、模型表面に塗布した感温塗料法の塗り斑（または補助的に塗布したランダム模様）を利用し、画像解析によりテンプレートマッチングおよび位置情報の３次元復元を行った。これと同時に感温塗料の画像解析・補正を行い、表面温度を求めた。計測精度のさらなる改良は必要であるが、温度・３次元形状の定量的な同時計測を可能にした。この方法論自体は感圧塗料法による圧力計測にも転用可能である。しかしながら、変形を伴う系における非定常圧力変動を計測するには、感圧塗料の応答速度を高める必要があり、これを達成するには別の技術的工夫が必要である。したがって、本研究においては感圧塗料と形状計測を組み合わせた手法の確立には至らなかった。将来的な展望として、非定常感圧塗料を前提とした圧力・形状同時計測、およびこれを応用した、超音速パラシュートなど流体構造連成を伴う風洞試験模型周りの空力特性の実験的手法による解明が期待できる。

本研究的目的是为流体中的柔性结构（例如超音速降落伞）提供实验分析方法，并阐明其空气动力特性。到去年，我们已经建立了一种可以应用于柔性结构风洞试验的温敏涂料方法，并且已经实际应用到了风洞试验中。然而，目前还无法定量测量形状，需要进一步改进该方法。因此，今年我们改进了方法，使用立体相机测量温敏涂料，能够在测量温度的同时测量模型的三维形状。具体而言，使用施加到模型表面的热敏涂料涂层（或施加辅助的随机图案）通过图像分析来进行模板匹配和位置信息的三维恢复。同时对感温涂料进行图像分析和校正，确定表面温度。虽然测量精度还需要进一步提高，但这已经能够同时定量测量温度和三维形状。该方法本身也可以应用于使用压敏涂料方法的压力测量。然而，为了测量发生变形的系统中的非稳态压力波动，需要提高压敏涂料的响应速度，而实现这一点需要其他技术创新。因此，在本研究中，我们无法建立一种将压敏涂料与形状测量相结合的方法。作为未来的展望，我们将采用实验方法，通过基于非定常压敏涂料同时测量压力和形状，并应用该方法来阐明涉及流体结构相互作用的风洞测试模型（例如超音速降落伞）的空气动力特性。是可以预料到的。