翼型まわりの流れから発生する離散周波数騒音の数値的研究

低マッハ数の一様流中に置かれた翼型から放射される離散周波数騒音(DFN)の発生条件を探るため,二次元非定常圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式の直接数値シミュレーション(DNS)を行った.DFNは翼後縁部での境界層厚さに支配され,翼厚への依存性は二次的とされているため,本研究では翼形状をNACA0012,マッハ数を0.2に固定してDNSを行っている.レイノルズ数5,000以上で迎角を1°毎に振ったパラメータ・サーベイによって,DFNの周波数特性が迎角に強く依存することが明らかとなった.迎角8°以上では,高周波成分を伴う音が発生する.これは翼前縁からの周期的剥離渦が翼面上の境界層に作用することにより小さな二次的渦構造が出現し,それに応じて揚力変動に高周波成分が乗ってくることと対応している.さらに迎角を上げると,渦放出が非周期化して連続スペクトルも現れてくる.この場合,音源を点とみなす形の音響学的類推(アナロジー)では予測精度が悪く,非コンパクトな表式への拡張が必須であることが分かった.三次元性の影響を調べるために,三次元DNSコードの開発も行った.スパン方向に周期塊界条件を課した翼型まわりの流体音の三次元DNS実行には計算機資源の制限があったため,まずは物体境界の存在しない領域における流体音のDNSを試みた.結果,渦輪の斜め衝突により発生する音の三次元DNSに成功し,渦運動と音の多重極特性を詳細に解析することで,高周波音の発生が渦の再結合と関係していることが明らかとなった.

低マッハ数の一様流中に置かれた翼型から放射される離散周波数騒音(DFN)の発生条件を探るため,二次元非定常圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式の直接数値シミュレーション(DNS)を行った.DFNは翼後縁部での境界層厚さに支配され,翼厚への依存性は二次的とされているため,本研究では翼形状をNACA0012,マッハ数を0.2に固定してDNSを行っている.レイノルズ数5,000以上で迎角を1°毎に振ったパラメータ・サーベイによって,DFNの周波数特性が迎角に強く依存することが明らかとなった.迎角8°以上では,高周波成分を伴う音が発生する.これは翼前縁からの周期的剥離渦が翼面上の境界層に作用することにより小さな二次的渦構造が出現し,それに応じて揚力変動に高周波成分が乗ってくることと対応している.さらに迎角を上げると,渦放出が非周期化して連続スペクトルも現れてくる.この場合,音源を点とみなす形の音響学的類推(アナロジー)では予測精度が悪く,非コンパクトな表式への拡張が必須であることが分かった.三次元性の影響を調べるために,三次元DNSコードの開発も行った.スパン方向に周期塊界条件を課した翼型まわりの流体音の三次元DNS実行には計算機資源の制限があったため,まずは物体境界の存在しない領域における流体音のDNSを試みた.結果,渦輪の斜め衝突により発生する音の三次元DNSに成功し,渦運動と音の多重極特性を詳細に解析することで,高周波音の発生が渦の再結合と関係していることが明らかとなった.