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

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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．