電極表面の微細加工によるプラズマアクチュエータのジェット強化に関する研究

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新幹線や旅客機などの高速輸送機における流体制御において、大気圧中の放電を用いた流体制御デバイスであるプラズマアクチュエータの導入が検討されている。しかし出力が弱いため実用化には至っていない。そこで本研究では、プラズマアクチュエータの出力・電力効率向上を目指す。そのため、①アクチュエータから生じるプラズマを増加させ、②ナノ秒～マイクロ秒スケールで連続的に生じる放電を過渡的にコントロールすることで高い電力効率を達成することを目指す。また本研究ではさらに、③プラズマ領域を垂直方向に拡大するコンセプトで上部電極形状を変化させることで、プラズマアクチュエータの飛躍的な出力向上を実証する。前年度は、プラズマアクチュエータの出力向上に最適な誘材料を選択するため、複数の誘電体材料を用いた調査および、流れ場を可視化するための新たな設備を構築した。そして本年度は本研究を総括するため、まず①②を達成する目的で新しい交流電圧波形を設計した。この波形は急峻な電圧勾配と緩やかな電圧勾配で構成される。これにより、プラズマ生成量の向上と放電のコントロールを達成できることを確認した。さらに、通常の交流電圧波形に比べ50％ちかく出力および電力効率を向上できた。次に、表面に微細加工を施す、もしくは上部電極形状を変化させることによる出力・電力効率向上を実証した。上部電極（マイクロスケール厚さの金属テープ）の表面にミリスケールで三角形状の穴をあける、もしくは上部電極を従来の金属テープからワイヤ状に変化させることで、それぞれ40％ちかく出力と電力効率を向上できることを確認した。最後に新たに設計した印加電圧波形とワイヤ状の電極を用いる手段を組み合わせることにより、2倍近くの飛躍的な向上を達成した。本研究で得られた成果は、プラズマアクチュエータによる輸送機周りの流れ制御の実現を大いに促進できると考えられる。