単独翼および翼列に生じるキャビテーション振動とキャビティ後流構造に関する研究

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本研究はロケット用ターボポンプや水中翼などの様々な流体機器で問題となるキャビテーション関連振動の基本特性と発生機構の解明を目的とするものである.本年度は,ターボ機械の単純なモデルである二次元減速翼列を対象とした非定常流体力に関する理論解析と,昨年度からの継続である単独翼周りのキャビテーション流れ場の計測を中心に研究を遂行した.まず,理論解析についてであるが,本年度は研究代表者がこれまでに開発した自由流線理論と特異点法を組み合わせた線形安定解析法を,キャビテーション発生下の二次元減速翼列翼に作用する非定常揚力および非定常負荷分布の解析に拡張し,主として旋回キャビテーション現象発生下の翼に作用する非定常流体力の解析を行った.旋回キャビテーションは実際にH-IIロケット開発時に問題となった経緯がある.本解析で得られた主要な結果を以下に示す.(1)揚力変動は基本的にキャビティ部の翼面圧力差による.(2)圧力変動の翼間位相差を考慮すれば,非定常流体力は準定常的におおむね予測可能である.(3)高次の旋回キャビテーション発生下の非定常流体力が比較的大きく,その発生に注意を要する.次に,実験についてであるが,まず供試翼上下流の翼端側壁面静圧の非定常計測および高速度ビデオカメラ映像の画像解析を通してNACA0015単独翼のキャビテーション特性を明らかにした.その上で,異なるキャビテーション状態における供試翼上下流の流れ場を一次元LDVで計測し,キャビティの大きさやその非定常性の流れ場への影響を調査した.その結果,特に翼迎え角が大きい場合に翼のWake(後流)がキャビティの存在により大規模となることが分かり,それに伴う揚抗比の劣化が推察された.当研究課題終了後も,引き続いてキャビティ周囲流れ場の計測をより詳細に行い,キャビティ後流の流れ場構造を解明して行きたいと考えている.