マイクロマシンによる流体運動動的制御の基礎研究

本研究の目的はマイクロマシンにより固体表面を微小運動させることにより,流れ場全体を制御するという目標に向けた基礎的な実験を行うことにあった.具体的には2次元キャビティーを通過するいわゆる「笛吹き」状態の流れの空力的発生音を上流側の角を微小振動させることにより制御する試み,前向きステップを越える流れに伴う剥離をステップの角を微小振動させることにより制御する試みの2つの風洞実験および数値シミュレーションにより平行して行った.2次元キャビティーの上流側の角を微小振動させることにより空力的発生音の周波数および大きさを制御する基礎実験を行った.さらにスパン方向に異なる位相で振動させ,流れ場の構造並びに空力音がどのように変化するかの実験も行った.熱線流速計による速度変動の測定結果から判断すると流れ場の構造の制御の点ではかなり成功をおさめた.しかしながら,角を微小振動させることで発生する音が流れから発生する空力音よりも大きく,空力音の制御の点ではは満足な結果が得られなかった.引き続き前向き段差を越える流れの制御も試みたが結果は2次元キャビティー同様,流れ場の構造の制御はできたが,空力音の制御はできなかった.実験と平行して数値シミュレーションによる研究を行った.この種の流れの数値シミュレーションはかど部の微小振動から流れの中に形成される大規模な渦まで,かなりスケールの異なる現象を取り扱わなければならないため困難が予想されたが,結果的には流れ場から音が発生するレベルの精度の計算コードを開発することはできなかった.しかしながら,その主な原因は計算機の計算能力の問題であり,現在の計算機の進歩の速度から考えると数年後には実用レベルに達するとの感触を得た.

本研究の目的はマイクロマシンにより固体表面を微小運動させることにより,流れ場全体を制御するという目標に向けた基礎的な実験を行うことにあった.具体的には2次元キャビティーを通過するいわゆる「笛吹き」状態の流れの空力的発生音を上流側の角を微小振動させることにより制御する試み,前向きステップを越える流れに伴う剥離をステップの角を微小振動させることにより制御する試みの2つの風洞実験および数値シミュレーションにより平行して行った.2次元キャビティーの上流側の角を微小振動させることにより空力的発生音の周波数および大きさを制御する基礎実験を行った.さらにスパン方向に異なる位相で振動させ,流れ場の構造並びに空力音がどのように変化するかの実験も行った.熱線流速計による速度変動の測定結果から判断すると流れ場の構造の制御の点ではかなり成功をおさめた.しかしながら,角を微小振動させることで発生する音が流れから発生する空力音よりも大きく,空力音の制御の点ではは満足な結果が得られなかった.引き続き前向き段差を越える流れの制御も試みたが結果は2次元キャビティー同様,流れ場の構造の制御はできたが,空力音の制御はできなかった.実験と平行して数値シミュレーションによる研究を行った.この種の流れの数値シミュレーションはかど部の微小振動から流れの中に形成される大規模な渦まで,かなりスケールの異なる現象を取り扱わなければならないため困難が予想されたが,結果的には流れ場から音が発生するレベルの精度の計算コードを開発することはできなかった.しかしながら,その主な原因は計算機の計算能力の問題であり,現在の計算機の進歩の速度から考えると数年後には実用レベルに達するとの感触を得た.