Design methodology development and demonstration of morphing airfoil that passively and positively uses aerodynamic force

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本研究の目的は、申請者らが提案する「空気力を受動的かつ積極的に利用する新しいモーフィング翼型」について、先行研究で得た変形特性ならびに空力特性を踏まえ、より空力・構造の観点で優れた形状・機構を提案することである。以下に、2022年度に取り組んだ３項目についてまとめる。１）これまでは、風洞試験のみで、受動的モーフィング翼の研究を行ってきていた。本年度は、受動的モーフィング翼型の空力性能および変形特性を予測するための空力構造連成解析手法を構築した。構造ソルバーおよび空力ソルバーそれぞれで単独に解析を行い、両者の間で解析結果をやり取りする弱連成手法を用いて、受動的モーフィング翼型の変形を静的空力弾性問題として扱った。変形形状、揚力係数およびモーメント係数に関しては、Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程式を用いた場合は風洞実験と概ね一致する結果が得られた。２）構造ソルバーの解析精度を検証するために、受動的モーフィング翼型の変形特性を静荷重試験により定量的に評価する方法を確立した。無風状態でモーフィング模型にコード方向の集中荷重を加え、荷重変位直線と変形形状を取得した。荷重実験結果と解析結果の比較を通じて、構造ソルバーは高い精度でモーフィング模型の変形を予測できることが示された。３）モーフィング翼型周りのオイルフロー流れの解析を実施した。モーフィング翼型周りにおいても層流剥離泡の存在が明らかになった。４）これまでは後縁部分が変形する受動的モーフィング翼型検討してきたが、本年度は前縁部分も含めて変形する受動的モーフィング翼型を３形状ほど検討した。