ザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼の羽ばたき運動による流体力発生機構の解明

模仿座头鲸胸鳍的前缘波浪形翅膀扑动运动阐明水动力产生机制

基本信息

批准号：
20K04289
负责人：
安田孝宏
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Shiga Prefecture
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

项目摘要

鉱物資源調査や地球環境問題のデータ収集のための海洋調査には海洋調査機器の開発が重要となる．本研究では海洋調査に用いる機動性の良い魚型水中ロボットへの適用を目指し，機動性の良いザトウクジラの胸ビレを模した前縁波形状翼を開発する．特に前縁波形状翼の羽ばたき運動に着目し，その非定常流体力発生機構の解明を目的とする．令和4年度は、まず令和3年度の研究で構築した電動スライダー、モーター、データロガーで構成される自動測定システムを用いて，ヒービング運動・ピッチング運動時の前縁直線翼及び前縁波形状翼の流体力特性を多くの運動条件により測定することができた．その結果、ヒービング運動やピッチング運動の周波数が増加すると、特に前縁直線翼において静止翼の場合よりも揚力が増加することが確認できた．また，前縁波形状翼は運動の有無に関わらず高い性能を示すことを明らかにした．また、揚力波形の測定より，ヒービング運動・ピッチング運動共に特にアップストローク時に揚力が増加することを明らかにした．また、上記の非定常流体力発生メカニズムの解明を行うために、購入したPIVレーザーを用いて、スモークワイヤー法による流れの可視化を実施した．その結果、翼のアップストローク時に流れが剥離が抑制され、準定常状態より揚力が向上することや、前縁波形状翼では、ダウンストローク時の剥離を抑えて揚力低下の勾配を緩和することが明らかとなった．上記のピッチング運動の成果については日本機械学会論文集に投稿した．また，ヒービング運動の成果については2023年度のASME-JSME-KSME流体工学国際会議での発表が決定している．

海洋调查设备的开发对于矿产资源调查和海洋调查非常重要，以收集有关全球环境问题的数据。这项研究旨在将其应用于海洋调查中使用良好移动性的鱼类型水下机器人，并开发前缘波形的机翼，该机翼模仿了具有良好移动性的二十个座头鲸。目的是阐明不稳定的流体产生机理的机制，重点是前缘波形翼的拍打运动。在2022年，我们能够使用由电动滑块，电动机和2021年在许多运动条件下进行研究的自动测量系统组成的自动测量系统来测量在重大和俯仰运动过程中前缘线性叶片和前缘波形叶片的流体力特性。结果，已经证实，当隆起和俯仰运动的频率增加时，升力力尤其是在前缘线性机翼上的增加，而不是固定机翼。还揭示了前沿波形叶片表现出高性能，而不管它是否发动。此外，提升力波形的测量结果表明，升力力增加，尤其是在上风和俯仰运动中的上行期间。此外，为了阐明非态流体产生的机制，使用烟丝方法使用购买的PIV激光进行了流动可视化。结果，发现在机翼上风上风期间抑制流剥离，提高了升力力，而不是在半态状态下，并且前缘波形叶片在下震过程中抑制剥落并减轻升力降低的梯度。上述投球运动的结果已提交给日本机械工程师论文学会。此外，已经决定在2023年的ASME-JSME-KSME-KSME国际流体工程会议上提出重大运动的结果。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Study of Fluid Dynamic Force Acting on Heaving Wing with Leading Edge Protuberance

前缘凸起垂荡翼流体动力研究

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
中田瑛;安田孝宏;南川久人
通讯作者：
南川久人

運動する前縁波形状翼の翼性能に関する研究

动前缘波形机翼性能研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Osaki Susumu;Hayashi Kosuke;Kimura Hidehito;Seta Takeshi;Sasayama Takashi;Tomiyama Akio;土井一輝，安田孝宏，南川久人
通讯作者：
土井一輝，安田孝宏，南川久人