Hydrodynamic Design Principles of Uneven Shape extracted from Dragonfly wing and Sand Dunes

从蜻蜓翅膀和沙丘中提取的凹凸形状水动力设计原理

• 批准号: 22KJ2316
• 负责人: 藤田 雄介
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2316/
• 关键词: 流体力学; 昆虫飛翔; 砂丘動力学; 凹凸構造物; 渦運動; 死水領域; 数値流体力学; 流れ解析実験; 生物飛翔

本研究の目的は自然界にみられる複雑な形状をもつ物体周りの流れを解析し，その形状の流体力学的な特徴や形成のメカニズムについて考察することである．その具体的な対象として，トンボ翼や砂丘を設定している．本年度前半は主に砂丘の研究を行った．特に，卓越風下で観察されるバルハン砂丘後方の流れ構造について検討した．具体的には，縮小砂丘模型を作成し，前年度中に整備した実験用水槽を用い，流れの可視化実験を行った．その結果，砂丘動力学の研究者らが予想していた内巻きのらせん渦とは異なり，外巻きのらせん渦構造が観察された．そしてこの結果について，論文投稿を目指し，実験用水槽を再作成し，砂丘模型の設置方法や流れの可視化手法について再検討した．本年度後半は主にトンボ翼の研究を行った．特に，これまでの研究で明らかになった，トンボ翼におけるラムダ渦の崩壊・噴出について，定量的な評価を検討した．具体的には翼上のある空間に注目し，その上での渦度，圧力を時空間分布で可視化し，その分布を定量化した．その結果，翼性能が向上されない場合に共通した傾向が観察された．得られた結果は，これまでの結果と合わせて論文にまとめ，まとまり次第，投稿予定である．また，ラムダ渦の崩壊と翼性能向上の関係における普遍性について，レイノルズ数依存性を整理したところ，レイノルズ数が数百程度まで落ち込むとラムダ渦生成がなくなり，トンボ翼の凹凸構造の影響がなくなることが確認された．このほか，前年度から検討していた，凹凸構造の違いによる翼性能の変化について検討し，その結果の一部を論文にまとめ，報告した．そして，一見関連の薄いように見える砂丘とトンボ翼の関係性について，研究会発表やセミナー発表を行い，非線形科学の専門家らと議論した．これらの結果については，査読付き論文１件，国際会議２件，国内会議8件の発表を行った．

Purpose this study の は nature に み ら れ る complex 雑 な shape を も つ object weeks り の flow れ を parsing し, そ の shape の fluid mechanics of な 徴 や form の メ カ ニ ズ ム に つ い て investigation す る こ と で あ る. Specific な そ の like と seaborne し て, ト ン ボ wing や dune を set し て い る. The research on the main に sand dunes in the first half of this year is を and った. Special に, で観 under the excellent wind, されるバ ハ ハ, <s:1> flow れ structure behind the <s:1> sand dune に, て検 て検 て検 to investigate た. The specific に った, the reduced sand dune model を is made into に. In the previous year, に was prepared for <s:1>. The experimental water tank を was used for を, and the flow れ <s:1> visualization experiment を was carried out for った. そ の results, dune dynamics の researchers ら が to think し て い た within 巻 き の ら せ ん vortex と は different な り, outside 巻 き の ら せ ん vortex structure が 観 examine さ れ た. そ し て こ の results に つ い て, paper submitted を refers し, be 験 し does with the sink を again, dune model setting method の や flow れ の visualization technique に つ い て again beg し 検 た. In the second half of this year, the にト main にト ボ ボ wing <s:1> research を line った. に, こ れ ま で の research で Ming ら か に な っ た, ト ン ボ wing に お け る ラ ム ダ vortex の collapse 壊, spewing に つ い て, quantitative な review 価 を beg し 検 た. Set specific に は の あ に attention し る space, そ の on で の vorticity, pressure を spatial distribution で visualization し, そ の distribution を quantitative し た. As a result, when the wing performance が is upward in the されな された situation, the に common <s:1> た tendency が観 to observe された. The られた results られた, まとま れまで, <s:1> results と, along with the わせて papers にまとめ and まとま れまで, were submitted to the final である in the following order. ま た, ラ ム ダ vortex の collapse 壊 と wing performance up の masato is に お け る universality に つ い て, レ イ ノ ル ズ number dependence を finishing し た と こ ろ, レ イ ノ ル ズ number が hundreds of degree ま で fall ち 込 む と ラ ム ダ vortex generated が な く な り, ト ン ボ wing の sag の influence が な く な る こ と が confirm さ れ た. こ の ほ か, former annual か ら beg し 検 て い た, concave-convex structure の violations い に よ る wing performance の variations change に つ い て 検 for し, そ の results の a を paper に ま と め, report し た. そ し て, see the masato の thin い よ う に see え る dune と ト ン ボ wing の masato is sexual に つ い て, seminar 発 table や セ ミ ナ ー 発 table を い, nonlinear science の 専 door home ら と comment し た. The results of れら れら れら are に れら て て, に, 読, and 1 paper, 2 international conferences, and 8 domestic conferences have been submitted. The submission forms are を and った.

项目成果

砂丘とトンボ翼を題材とした凸凹構造物周りの渦運動におけるレイノルズ数依存性

基于沙丘和蜻蜓翅膀的不平坦结构周围涡运动的雷诺数依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤正暉;岩越栄子;古満芽久美;浮穴和義;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信
• 通讯作者: 藤田 雄介，西森 拓，飯間 信

広島大学生命流体数理研究室（所属研究室）のホームページ

广岛大学生物流体数学实验室（附属实验室）主页

Reynolds number dependency on the aerodynamic performance of corrugated wing in unsteady motion

非定常运动中波纹翼气动性能的雷诺数依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤正暉;岩越栄子;古満芽久美;浮穴和義;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，西森 拓，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;藤田 雄介，飯間 信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;Yusuke Fujita and Makoto Iima
• 通讯作者: Yusuke Fujita and Makoto Iima

Vortex dynamics around impulsively-started dragonfly wing: suppression of lambda vortex eruption and lift enhancement

脉冲启动蜻蜓翼周围的涡动力学：抑制 lambda 涡喷和升力增强

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 7th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
• 作者: 藤田雄介;飯間信;Yusuke Fujita and Makoto Iima;Yusuke Fujita and Makoto Iima
• 通讯作者: Yusuke Fujita and Makoto Iima

水槽実験による縮小バルハン模型周りの渦構造

基于水箱实验的简化新月形模型周围的涡结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤田雄介;西森拓;飯間信
• 通讯作者: 飯間信