弾性平板の自励的波動運動を利用した流体中での超高効率推進機構に関する研究

弹性平板自激波动流体超高效推进机理研究

• 批准号: 11750190
• 负责人: 渡辺 昌宏
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750190/
• 关键词: 水中推進機構; 波動運動; 流体・構造連成; 流体力フィードバック; 流体流れ; 渦; 推進力; 推進効率; 流体力フィ-ドバック

水棲生物や魚類は進行波的に伝播する波動運動を,その魚体上の頭から尾ひれへ発生させ,高性能かつ高効率の水中移動を行っていると言われている,特に,これらの水中移動メカニズムにおいて,柔軟な尾ひれの進行波的な波動運動は,推力の発生に重要な役割を果たしていると考えられる.このことから,この波動運動による推力発生メカニズムの解明は,高性能の水中推進機構および積み込むエネルギーに厳しい制限がある自立型水中移動ロボットの開発に有益が知見をもたらすと考える.しかしながら,この波動運動による推進特性とひれの柔軟性が推力発生に及ぼす影響は未解明な部分が多い.また,弾性平板が弾性変形して波動運動を行う場合に,発生する推力および推進速度と推進効率は,これまでに十分に明らかにされていない.そこで,本研究は水中で振動的に扇ぎ運動する剛体翼の後縁に,柔軟な魚の尾ひれを模倣した弾性平板を取付けた水中推進機構を製作し,弾性平板の波動運動によって発生する推力,および推進速度と効率を実験的に明らかにした.また,泳動する水中推進機構周りの流体流れの可視化を行い,弾性平板の運動および推進効率と流体流れとの関係を考察した.研究の結果,以下の事を明らかにした.(1)弾性平板が魚の尾ひれのように弾性変形して波動運動を行う場合には平均推力が増加し,横力変動が小さく抑えられる.(2)弾性平板の進行波的な波動運動を利用すると水中推進機構の推進速度と推進効率は増加する.特に,弾性平板に1波長以上の波の波動運動が発生する場合には,推進効率は高くなる.(3)本研究で調べたパラメータの範囲では,弾性平板に1波長以上の波動運動が発生する場合には,扇ぎ運動の振動数が0.8Hzの場合に水中推進機構の最大推進速度は0.3m/s,最大推進効率は62%と高い効率となる.(4)弾性平板が変形し波動運動を行うと,平板後縁からの渦の発生が抑制され推進効率は高くなる.

In aquatic organisms, there are waves in the air, in the body, in the water, in the water. In order to improve the performance of the equipment, the high-performance underwater propulsion mechanism is responsible for the control of the movement of the vehicle in the water, and the opening of the vehicle. You are not aware of the fact that you are in a position to improve the characteristics of the wave motion. The movement of the wave motion of the sexual flat plate is in line with each other, and the speed is improved by the thrust force of the engine, and the speed of the engine is very clear. In this study, the fan vibration in the water is in the rear of the body wing, and the flexible plate is used in the underwater propulsion mechanism. the wave motion of the plate is used to improve the thrust of the engine, and to promote the speed performance of the engine. Swimming, swimming, According to the results of the study, the following results are clear. (1) the wave motion of the flat plate is in line with the average thrust wave, and the transverse force is used to suppress the wave motion. (2) the wave motion of the wave motion of the aerodynamic plate is used to propel the velocity wave in the water. In this study, the range of wave motion of wave motion above 1 wave length of elastic plate is high, the wave motion of wave motion above 1 wave length of elastic plate is high, and the maximum driving speed of 0.8Hz vibration in the water is 0.3m/s. The maximum promotion rate is 62%, and the high rate is very high. (4) the wave motion of the flat plate is very high, and the back of the plate is very high.

项目成果

M.Watanabe,K.Hayashi,N.Kobayashi and T.Sakai: "Propulsion Characteristics of Travelling Wave Motion of a Flexible Fin in a Channel"Proceedings of the first International Symposium on Aqua Bio-Mechanisms. 207-212 (2000)

M.Watanabe、K.Hayashi、N.Kobayashi 和 T.Sakai：“通道中柔性翅片的行波运动的推进特性”第一届国际水族生物机制研讨会论文集。

渡辺昌宏,林健一,村松功一,小林信之,坂井高章: "柔軟な魚の尾ひれの運動を模倣した弾性フィンの波動運動による推進特性"日本機械学会,機械力学・計測制御講演論文アブストラクト集. No.00-6. 155 (2000)

Masahiro Watanabe、Kenichi Hayashi、Koichi Muramatsu、Nobuyuki Kobayashi、Takaaki Sakai：“由于弹性鳍的波动运动模仿柔性鱼尾鳍的运动而产生的推进特性”日本机械工程师学会，机械动力学和仪表控制摘要集讲座论文第 00-6 号。