エアベアリング用精密制御装置の開発に関する研究

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スロートにおける特異点を利用した圧縮性流体力学的な圧力変動の増幅を計算及び実験的に確認するための実験装置を作成した。まず計算においてピエゾに相当するメッシュを設定し、ピエゾが移動する境界条件を設定することでより実際に近い計算を実行した。その結果スロートに開けたスリットを通して圧力変動が抽出できることを確認した。その計算においては、ピエゾ素子のスリットにおける圧力変動の応答を調べるため、ピエゾ素子に相当するメッシュの移動周波数を変えたり、移動する振幅を変化させた計算を行い、ピエゾ素子の振幅がスリット外側における圧力変動に大きく影響することが分かった。なおメッシ移動は正弦波関数を入力としているが、スリットにおける圧力変動はわずかに正弦波からずれていることが分かった。これはピエゾ素子に相当するメッシュの形状が矩形であるため、流れ方向に沿って上流側と下流側の角から発生する圧縮波と膨張波の影響と考えられるが、詳細はより細かいメッシュを用いた計算を実施して確認する必要がある。またその結果を確認するため計算に用いたCADデータをもとに実験装置を設計し、付属の工作工場に設置されているマシニングセンターによってアクリルで作成した。さらにスロート近傍や上流よどみ点、スリットの外側の圧力変動を測定することが可能となり、予備実験において、スリットよりわずかではあるがピエゾ素子に連動した圧力変動が確認できた。ただしその可視化はアクリル板の屈折率の関係から明確な可視化はまだできていないが、今後アクリル板を慎重に選定することで、実験と比較できる程度の可視化を実施する予定である。