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

企鹅皮肋条——三维物体表面肋条总减阻效果研究

基本信息

批准号：
20K04283
负责人：
田中博人
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04283/
关键词：
リブレット壁面摩擦抵抗低減ペンギン

项目摘要

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。

今年，我们从去年开始，使用具有正常的24角横截面的主轴在企鹅主体建立的正常角度横截面中进行了阻力测量实验，并研究了减少企鹅皮肤ri ribles对三维物体的阻力的影响。根据企鹅游泳条件，无尺寸的肋骨间距S+在3.9至13.6之间。结果，当无尺寸肋间隔S+为7.29时，最大阻力降低率为3.5％。当将相同设计的河口附着在平板上时，这大于降低率的0.6％。此外，在整个S+实验范围内，主轴的阻力减小速率比平板的阻力率更高。这表明RIBLET不仅减少了摩擦阻力，而且还减少了尾巴剥落引起的压力阻力。为了验证RIBLET的压力减压效应，通过PIV（粒子图像速度测量）实验可视化从主轴后端到尾流的流场。当从平均流速矢量场中绘制流线时，与RIBLET粘贴时相比，流线在主轴附近通过，而不是粘贴Riblet时。这意味着尾流的剥离区域已经变小，表明压力阻力已经变小。另一方面，在加热纺锤体中减少阻力的效果比未加热的情况小。在比较肋骨的横截面形状时，典型的企鹅羽毛的梯形肋骨大多会降低拖延效果的恶化。研究结果是在一份国际杂志和一个国际会议（涉及在线）的结果中提出的，该结果基于直到去年的扁平板上的阻力测量实验。此外，根据今年的主轴阻力测量实验，在日本一个日本社会中提出了一个结果。