回転飛翔体の臨界レイノルズ数付近の流体力学的特性の解明

本研究は、回転球やゴルフボール、フライングデブリ等の回転飛翔体の真の空力特性とその流体力学的機構の解明が目的である。旧来の回転飛翔体の風洞実験では、ストラットやワイヤー等の機械的支持の存在により模型まわりの気流が変化し流体現象に影響しうることが指摘されている。本研究では、磁気力で模型を空中に支持する磁力支持天秤装置を用いることで課題を解決する。我々が前段階の研究で開発した平滑な表面の回転球を磁気力で支持しながら風洞実験を行う技術を基礎とし、表面に構造を持った回転物体を風洞実験の対象とすべく技術を発展させ、空気力計測や流れ場計測により空力現象を解明する計画である。今年度は上記風洞実験技術を用いて、再現性確認のために平滑な表面の回転球の風洞実験を実施し2つの課題を確認した。1つ目は模型の重心調整機構の改善である。現在は模型内壁に重心調整用錘を貼付する方法を取っているため、重心位置の微調整が難しく、回転模型にすりこぎ運動が発生することがあった。2つ目は、磁気力を発生するために模型内部に組み込んだ永久磁石の回転振動である。模型は、外殻と内部の永久磁石とをベアリングを用いて接続することで、模型外殻のみを気流軸に対して垂直な軸周りに回転させる構造であるため、ベアリングの回転摩擦抵抗が高いと永久磁石に振動的な回転運動が発生する。また、当該年度は、磁力支持天秤装置と風洞が設置されている低乱風洞実験棟の改修工事が実施されることになり、2022年8月以降は当該装置を全く利用できなかったため、前述の課題2つに対する対策の検討と先行研究のまとめ、ならびに風洞実験棟が利用可能となる2023年7月以降の実験計画を検討した。また、平滑な表面の回転球から表面に構造を持った回転物体へ対応させるためには、リアルタイム高速度カメラを新たに機器に組み込む必要があるため、最新機種の情報収集と選定を行った。

本研究は、回転球やゴルフボール、フライングデブリ等の回転飛翔体の真の空力特性とその流体力学的機構の解明が目的である。旧来の回転飛翔体の風洞実験では、ストラットやワイヤー等の機械的支持の存在により模型まわりの気流が変化し流体現象に影響しうることが指摘されている。本研究では、磁気力で模型を空中に支持する磁力支持天秤装置を用いることで課題を解決する。我々が前段階の研究で開発した平滑な表面の回転球を磁気力で支持しながら風洞実験を行う技術を基礎とし、表面に構造を持った回転物体を風洞実験の対象とすべく技術を発展させ、空気力計測や流れ場計測により空力現象を解明する計画である。今年度は上記風洞実験技術を用いて、再現性確認のために平滑な表面の回転球の風洞実験を実施し2つの課題を確認した。1つ目は模型の重心調整機構の改善である。現在は模型内壁に重心調整用錘を貼付する方法を取っているため、重心位置の微調整が難しく、回転模型にすりこぎ運動が発生することがあった。2つ目は、磁気力を発生するために模型内部に組み込んだ永久磁石の回転振動である。模型は、外殻と内部の永久磁石とをベアリングを用いて接続することで、模型外殻のみを気流軸に対して垂直な軸周りに回転させる構造であるため、ベアリングの回転摩擦抵抗が高いと永久磁石に振動的な回転運動が発生する。また、当該年度は、磁力支持天秤装置と風洞が設置されている低乱風洞実験棟の改修工事が実施されることになり、2022年8月以降は当該装置を全く利用できなかったため、前述の課題2つに対する対策の検討と先行研究のまとめ、ならびに風洞実験棟が利用可能となる2023年7月以降の実験計画を検討した。また、平滑な表面の回転球から表面に構造を持った回転物体へ対応させるためには、リアルタイム高速度カメラを新たに機器に組み込む必要があるため、最新機種の情報収集と選定を行った。