Control of Boundary-Layer Transition for Skin Friction Drag Reduction of Aircraft by Plasma Actuator

等离子体致动器控制边界层转变以减少飞机表面摩擦阻力

• 批准号: 20KK0104
• 负责人: 松野 隆
• 金额: $ 11.98万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-10-27 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0104/
• 关键词: 流体制御; 境界層; 乱流遷移; 後退翼; プラズマアクチュエータ

後退翼の横流れ不安定による乱流遷移について，旅客機の飛行条件でも利用可能なプラズマアクチュエータ (PA) による制御手法を確立することを目的として研究を行っている．本年度は，横流れ制御に最適化した極低擾乱PAの開発，およびPAの運動量付加により想定されたメカニズム通りに遷移が生じているか実験による調査と，プラズマ孤立擾乱素子の提案・開発を行った．PAの開発については，導電性ナノ粒子塗装を用いた境界層制御用PA電極を風洞試験へ適用し影響を調査した．低速風洞を用いて，30m/s程度の気流条件で翼前縁の境界層の薄い部位に設置したPAの擾乱と運動量付加の影響を，熱線風速計およびIR画像解析を主とする流体計測により調べた．その結果，本条件では製作した厚み5μm程度のPA電極は流れの構造を乱さず，また運動量付加時には従来の素子同様に遷移遅延が達成できることを示した．流体解析の結果，ベース流れは強い横流れ不安定による縦渦が生じ，これが二次不安定により崩壊することで乱流遷移に至る一連のプロセスが明らかになった．PAによる運動量付加時には，横流れ自体が抑制され，異なる機序で乱流に至るプロセスが昨年度の研究成果から予想された通りに生じていた．高速大スケールでの遷移制御性能を調べるためにはこの遷移プロセスを回避する必要があるため，本試験の知見は来年度研究に活かされる．プラズマ孤立擾乱素子については，先行研究で風洞試験では効果が示されている物理的な孤立擾乱素子を大気圧非平衡プラズマの微小ドットで置き換えることを目的として提案・開発した．ドット生成手法を検討・実装し，風洞試験において遷移に干渉するのに十分な擾乱が生じることと，ドット間隔に依存し遷移位置が変化させられることを実証できた．

Cross-flow れ back wing の unrest に よ る turbulence migration に つ い て, passenger aircraft の flying conditions で も may use な プ ラ ズ マ ア ク チ ュ エ ー タ (PA) に よ る system method of equestrian を establish す る こ と を purpose と し を line っ て research て い る. は this year, cross flow れ suppression に optimization し た low disrupt PA の 発, お よ び PA の exercise plus に よ り scenarios さ れ た メ カ ニ ズ ム tong り に migration が raw じ て い る か be 験 に よ る survey と プ ラ ズ マ isolated disturbing element child の proposal, open 発 を line っ た. PA の open 発 に つ い て は, conductivity ナ ノ particles coating を with い た imperial PA electrode boundary layer system を wind tunnel test へ applicable し impact を investigation し た. Low speed wind tunnel を with い て, 30 m/s degree の 気 で wing flow conditions before try の boundary layer thin の い parts に し た PA の disrupt と exercise plus の affect を, hot-line anemometer お よ び IR portrait parsing を main と す る fluid measuring に よ り adjustable べ た. そ の results, these conditions of で は making し た み 5 microns thick degree の PA electrode は flow れ の tectonic を disorderly さ ず, ま た exercise FuJiaShi に は 従 to の element child with others に migration 遅 delay が reached で き る こ と を shown し た. Flow of fluid analytic の results, ベ ー ス れ は strong cross-flow れ い unrest に よ る 縦 vortex が じ, こ れ が secondary instability に よ り collapse 壊 す る こ と に で turbulence migration to る for の プ ロ セ ス が Ming ら か に な っ た. PA に よ る exercise FuJiaShi に は, cross flow れ autologous が inhibit さ れ, different な る machine sequence で turbulence に to る プ ロ セ ス が yesterday annual の research か ら to think さ れ た tong り に raw じ て い た. System of high speed large ス ケ ー ル で の migration royal performance を べ る た め に は こ の migration プ ロ セ ス を avoid す る necessary が あ る た め, this test の knowledge は to annual research に live か さ れ る. プ ラ ズ マ isolated disturbing element child に つ い て は, leading research で wind tunnel test で は unseen fruit が shown さ れ て い る physical な isolated disturbing element child を big 気 圧 non-equilibrium プ ラ ズ マ の tiny ド ッ ト で buy き in え る こ と を purpose と し て proposal, open 発 し た. ド ッ ト を formed 検 please be loaded し, wind tunnel test に お い て migration に dry involved す る の に very な disrupt が raw じ る こ と と, ド ッ ト interval に dependent position が し migration - the さ せ ら れ る こ と を card be で き た.

项目成果

無擾乱プラズマアクチュエータによる後退翼境界層の横流れ遷移制御

使用原状等离子体致动器控制后掠翼边界层的横向流动转变

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉見郁哉，三輪祐登，福嶋裕貴，秦力也，松野隆

フォトリソグラフィを利用したプラズマアクチュエータへの微細電極の作成

使用光刻技术为等离子体执行器创建精细电极

• 发表时间: 2021
• 作者: Ikuya Yoshimi;Yuto Miwa and Takashi Matsuno;足立 翔，松野 隆，松永 忠雄
• 通讯作者: 足立 翔，松野 隆，松永 忠雄

多自由度を有する物理形状定義手法の空力制御デバイス・形状統合最適化への適用

多自由度物理形状定义方法在气动控制装置/形状集成优化中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: Fauzi Aynul Sakinah Ahmad;Hamidah Nur Laila;Kitamura Shota;Kodama Taiga;Sonda Kosuke;Putri Ghina Kifayah;Shinkai Takeshi;Ahmad Muhammad Sohail;Inomata Yusuke;Quitain Armando T.;Kida Tetsuya;岡田慎太郎，松野隆，金崎雅博
• 通讯作者: 岡田慎太郎，松野隆，金崎雅博

Control of boundary-layer transition using plasma actuator with serrated electrode based on discrete roughness elements technique

基于离散粗糙度元技术的锯齿状电极等离子体激励器边界层转变控制

• 发表时间: 2021
• 作者: Ikuya Yoshimi;Yuto Miwa and Takashi Matsuno
• 通讯作者: Yuto Miwa and Takashi Matsuno

後退翼境界層の横流れ抑制に関する数値解析

后掠翼边界层侧流抑制数值分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 福嶋祐貴;三輪祐登;松野隆
• 通讯作者: 松野隆