エアベアリング用精密制御装置の開発に関する研究

空气轴承精密控制设备的开发研究

• 批准号: 22K03864
• 负责人: 屋我 実
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of the Ryukyus
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03864/
• 关键词: 遷音速ディフューザー; スロート; ピエゾ素子; 圧力変動抽出; エアベアリング; 高速流れ; 音速状態

スロートにおける特異点を利用した圧縮性流体力学的な圧力変動の増幅を計算及び実験的に確認するための実験装置を作成した。まず計算においてピエゾに相当するメッシュを設定し、ピエゾが移動する境界条件を設定することでより実際に近い計算を実行した。その結果スロートに開けたスリットを通して圧力変動が抽出できることを確認した。その計算においては、ピエゾ素子のスリットにおける圧力変動の応答を調べるため、ピエゾ素子に相当するメッシュの移動周波数を変えたり、移動する振幅を変化させた計算を行い、ピエゾ素子の振幅がスリット外側における圧力変動に大きく影響することが分かった。なおメッシ移動は正弦波関数を入力としているが、スリットにおける圧力変動はわずかに正弦波からずれていることが分かった。これはピエゾ素子に相当するメッシュの形状が矩形であるため、流れ方向に沿って上流側と下流側の角から発生する圧縮波と膨張波の影響と考えられるが、詳細はより細かいメッシュを用いた計算を実施して確認する必要がある。またその結果を確認するため計算に用いたCADデータをもとに実験装置を設計し、付属の工作工場に設置されているマシニングセンターによってアクリルで作成した。さらにスロート近傍や上流よどみ点、スリットの外側の圧力変動を測定することが可能となり、予備実験において、スリットよりわずかではあるがピエゾ素子に連動した圧力変動が確認できた。ただしその可視化はアクリル板の屈折率の関係から明確な可視化はまだできていないが、今後アクリル板を慎重に選定することで、実験と比較できる程度の可視化を実施する予定である。

我们创建了一个实验装置，利用喉部的奇点来计算和实验确认可压缩流体动力压力波动的放大。首先，在计算中设置压电体对应的网格，并设置压电体运动的边界条件，以进行更真实的计算。结果，我们确认可以通过喉部的狭缝提取压力波动。在本次计算中，为了研究压电元件狭缝处压力波动的响应，通过改变压电元件对应的网格的移动频率和振幅进行计算，并在外部改变压电元件的振幅。发现这对压力波动有很大影响。请注意，梅西的运动使用正弦波函数作为输入，但发现狭缝处的压力波动稍微偏离正弦波。由于压电元件对应的网格形状是矩形，这被认为是由于沿流动方向的上游和下游角产生的压缩波和膨胀波的影响，但为了细节，使用了更精细的网格需要进行计算并确认结果。此外，为了确认结果，根据计算中使用的CAD数据设计了实验装置，并使用安装在附属机械车间的加工中心由丙烯酸制成。此外，可以测量喉部附近、上游停滞点和狭缝外部的压力波动，并且在初步实验中，证实压力波动与压电元件有关，尽管它比狭缝小。然而，由于亚克力板的折射率，目前还无法实现清晰的可视化，但通过仔细选择亚克力板，我们计划将其可视化到可以与实验进行比较的程度。