ペンギン肌リブレット～３次元物体表面におけるリブレットの全抗力低減効果の研究

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本年度は、昨年度から継続して、ペンギンの胴体をモデルとした断面が正24角形の紡錘体を用いて回流水槽で抗力計測実験を行い、3次元物体におけるペンギン肌リブレットの抗力低減効果を調べた。無次元リブ間隔 s+ の範囲はペンギンの遊泳条件に基づき 3.9 から 13.6 とした。その結果、無次元リブ間隔 s+ が 7.29 のときに最大抗力低減率 3.5 %を示した。これは、同じ設計のリブレットを平板に貼りつけた場合の抗力低減率 0.6% よりも大きい。また、実験した s+ の全範囲で、紡錘体の場合の方が平板の場合よりも抗力低減率は大きかった。これは、リブレットが摩擦抗力だけでなく、後流剥離による圧力抗力も低減したことを示唆する。リブレットの圧力抗力低減効果の検証するために、紡錘体の後端から後流にかけての流れ場をPIV（粒子画像速度計測）実験により可視化した。平均流速ベクトル場から流線を描くと、リブレットを貼り付けた場合は貼り付けない場合に比べて、流線は紡錘体の近くを通った。これは、後流の剥離領域が小さくなったことを意味し、圧力抗力が小さくなったことを示唆する。一方、ヒービングする紡錘体においては、ヒービングしない場合に比べて、抗力低減効果は小さくなった。リブの断面形状を変えて比較すると、ペンギンの羽毛を規範とした台形リブが、もっとも抗力低減効果の劣化を抑えた。研究成果の発表としては、昨年度までの平板の抗力計測実験に基づく成果を国際論文誌に１件、国際学会（オンライン参加）で１件発表した。また、本年度の紡錘体の抗力計測実験に基づく成果を国内学会で１件発表した。