プラズマ流の能動制御コンセプトに基づいたプラズマアクチュエータの最適設計

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では，3電極プラズマアクチュエータにおいて高出力の水平方向ジェットを高効率に生成することを目的とし，電圧印加方法及び素子形状の提案に取り組んだ．3年度目では，体積力生成の観点で重要な化学反応を選択的に考慮した数値モデルを提案するとともに，3電極プラズマアクチュエータの性能向上に寄与する作動特性を解明した．放電プラズマシミュレーションは，実験では計測困難な微小スケールの現象を解析でき，作動メカニズムの解明において要となるツールだが，1，2年度目の研究により，実験結果に対し定量的な差異があることや考慮する化学反応が結果に影響することがわかっている．そこで，化学反応による影響を，従来よりも高い空間及び時間解像度の数値計算によって詳細に解析することで，体積力生成を担うプラズマイオンの生成及び消失過程に支配的な化学反応を明らかした．さらに，工学的観点ではシンプルなモデルであるほど汎用性に優れることから，体積力生成プロセスにおいて重要な役割を担う化学反応を選択的に考慮した数値モデルの提案に成功した．次に，3電極プラズマアクチュエータの性能向上に向けて有用な知見を得るため，異なる放電形態を用いた4種類のアクチュエータの作動特性を，放電プラズマシミュレーションによって統一的に解析した．効率の観点から性能を比較することで，コロナ放電による体積力生成が高い性能に寄与することを突き止めた後，アクチュエータの違いによる体積力生成メカニズムへの影響を調査した．その結果，3電極プラズマアクチュエータはコロナ放電による体積力生成を高効率化する重要な作用を二つ有することを明らかにした．したがって，これらの作用を強化するように素子構成及び印加電圧波形を最適化することで，3電極プラズマアクチュエータのさらなる性能向上を達成できる可能性が示された．本知見はアクチュエータの実用化に大きく役立つものである．