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羽ばたかずに羽ばたくー非定常空気力学に基づく能動的気流制御システムの確立ー

扑动不扑动——建立基于非定常空气动力学的主动气流控制系统——

基本信息

批准号：
21K14343
负责人：
佐藤慎太郎
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

飛翔生物の羽ばたき動作を模擬する新しい手法として、本研究では固定翼に可動部を持たない気流制御デバイスであるプラズマアクチュエータを搭載し、非定常的に発生する揚力の制御を試みる。昨年度は２次元数値計算により、プラズマアクチュエータが生成する電気流体力を流れ場に付与することで、翼の羽ばたき動作によって生じる特徴的な前縁剥離渦の構造を模擬できることを確認した。本年度は実証実験に向けて、実現象に近いプラズマアクチュエータの入力条件を選定して数値計算を行ない、羽ばたき飛行と類似した流れ場構造が期待できる条件の探索を行なった。また、数値計算の結果から大きな電気流体力が生成できるプラズマアクチュエータの方が容易に前縁剥離渦を形成できることが示唆されたため、並行してプラズマアクチュエータの性能を向上させる研究も実施した。これらの成果を利用することで、当初の目的であったプラズマアクチュエータを用いた非定常揚力の制御が可能になると期待される。次年度では、今年度検討した条件での実証実験を行う。さらに、流れの3次元的な渦構造について詳細に検討するために Large Eddy Simulation 解析の実施および実証実験を行う予定である。その後、飛翔生物が誘起しているような複雑な3次元渦構造に着目し、3次元翼上に配置されたプラズマアクチュエータ素子群によって任意の次空間分布を持つ電気流体力を発生させることで翼の空力特性を大幅に向上させる手法について検討する。それにより、従来の翼理論の範疇を越える新たな非定常翼理論を確立し、革新的な飛行手法の提案を目標とする。

A new method for simulating the flight behavior of flying organisms is proposed in this paper. The method for controlling the lift force generated by the fixed wing and the movable part is studied. Last year, the two-dimensional numerical value calculation was carried out to confirm the characteristics of the front-end stripping vortex structure. This year, we have demonstrated that there is a need to explore the conditions for the calculation of numerical values and similar flow field structures in the near future The results of numerical calculation are as follows: 1. The electric fluid force is generated; 2. The separation vortices are formed easily; 3. The performance of the electric fluid is improved. The results of this study are expected to be used to control unsteady forces. The next year, this year's annual review conditions are implemented. Detailed analysis of 3D vortex structures in the flow field and implementation of Large Eddy Simulation After the flight, the flight organisms are induced to form a three-dimensional vortex structure, and the three-dimensional wing is configured to maintain an arbitrary sub-spatial distribution of electrohydrodynamic force generation. The aerodynamic characteristics of the wing are greatly upward. A new unsteady wing theory is established and an innovative flight technique is proposed.