三次元風洞装置の開発と流体現象の検証

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研究目的風洞実験を通した流体現象の観察・検証することにより、物体周りの流れ場の物理的な理解や把握をし、流体が物体に及ぼす影響や物体の空気力学上の問題点を考察することは極めて重要である。本研究は、流体現象を卓上で比較的簡易かつ分かりやすく行うことのできる三次元小型風洞装置を製作するとともに、この装置を用いて可視化実験及び風速分布等の計測を行い、細長放物体の抱える問題についての検証を行った。研究方法三次元小型風洞装置は、加工性の良いサイコウッド材を使用して製作し、熱線流速計を用いて性能試験を行い、吹出口の一様性及び乱流状態を判定した。模型は、細長放物体を想定したものをサイコウッド材にて製作し、支持装置を設けることにより、模型の迎角・高さを任意に設定できるものとした。支持装置に取り付けた模型を風洞吹出口下流側の測定部に設置し、迎角及びレイノルズ数を変化させ、スモークワイヤー法による可視化実験及び熱線流速計による流れ場の計測を行った。研究成果本研究で製作した三次元小型風洞装置の性能試験を行った結果、風洞吹出口の速度変動10%、乱れ強度0.6%程度であり、簡易的な風洞実験を行うにあたっては十分に実用できる結果が得られた。可視化実験において、模型背後に生じる剥離渦は大迎角になるにしたがい、左右非対称になり、α=65°を超えるとカルマン渦的な渦放出がおこることが分かった。また、熱線計測のr.m.s分布においても、α=65°を超えるとカルマン渦の軌跡を捉えることができ、これらの結果より、細長放物体は迎角が大になると空気力の影響を受けやすくなり不安定になることが分かった。以上のことより、細長放物体の抱える特有の現象について知見を得られた。また、この装置の特徴でもある持ち運びができるという点では、総重量10kg程度に収めることができ、教室や実験室等の場所を選ばない流体実験が可能となった。