縦渦を用いた剥離渦のアクティブ制御に関する基礎研究

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航空機の翼と機体の付け根,タービン翼の基部に馬蹄形渦が存在する.馬蹄形渦は翼の有効面積を縮小し,局所の熱伝達率が大きくなる等,翼の性能を左右するばかりでなく,騒音や破損の原因となる.このような三次元乱流境界層と大規模な渦構造,すなわち馬蹄形渦や剥離渦が干渉する流れ場の挙動は複雑かつ流れ場に与える影響が大きい.そこで,流れの挙動を明らかにし,これらの渦の状態をセンサで検知し,フィードバック回路を介した後にアクチュエータを作動させ,流れをアクティブに制御することは流体工学場重要な研究課題である.該当年度にアクティブ制御に関する基礎的研究として,レーザ流速計を用いた流れ場の計測法を確立し,三次元乱流境界層と二次流れ,および二次流れと剥離渦が干渉する流れ場の構造を詳細に計測し,以下のことを実験的に明らかにした.1.剥離,再循環流れを伴う流れ場の,レーザドップラ流速計を用いた計測法を確立した.ダンプディフューザ形燃焼器をモデル化した流れ場で,光学系と信号処理系を工夫をし,壁面近傍の速度成分の測定が可能となり,測定精度が向上した.2.馬蹄形渦の構造を明らかにするために,平板に立てた翼および傾斜円柱の流れを詳細に計測した.翼の基部に生ずる馬蹄形渦を,上流側に三角翼からなる渦発生器を用いて制御できることが明らかになった.一対の渦発生器間の流れが壁面から主流に向かう場合,渦度の方向が馬蹄形渦と異なるため,馬蹄形渦の渦度が弱くなり,翼面から離れることが判明した.一方,流れに対して後傾した傾斜円柱の場合,馬蹄形渦は円柱下流の狭い領域でかつ壁面に付着した状態で存在する.そして円柱下流のカルマン渦と干渉するため,カルマン渦の周期が低周期側に大きく移動し,下流での境界層の回復が早いことが判明した.