空気力を反映した動的風洞試験：動的磁力支持模型を使った空力微係数同定と可視化

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独自に考案・開発した装置で、磁気力を使って風洞模型を浮上させ、風洞試験を行いました。この装置の特徴は、風洞模型が気流の影響を受けてゆらゆらと揺れる設計になっていることです。この「空気力を反映した自由運動型動的風洞試験」は世界でも前例のみつからない挑戦的な試みです。研究対象は「はやぶさカプセル」に似た大気圏突入カプセル模型です。この模型の動きをモーションキャプチャとい う手法で 観察し、空気力学的な特徴を調査しました。2022年度の研究により、モーメント傾斜、揚力傾斜を定量的に同定できることを実証しました。モーメント傾斜の同定においては、重心と磁力中心の 1/100 mm 程度のズレを考慮した詳細な検討を行いました。それを考慮したデータ解析ではフーリエ変換による周波数解析をうまく使うことによって、静的な風洞試験よりも精度の高い結果を得ることができました。いっぽう、揚力傾斜の同定においては並進運動の第２ピークを使えばいいことを示しました。ただし、第２ピークはノイズに埋もれてしまう懸念があるため、より長時間の実験計測によって周波数空間での解像度を上げる必要があります。今年度の研究ではそれを達成して、揚力傾斜を取得することができました。また、煙を使った方法で流れを可視化して、乱流渦と運動する風洞模型との間の作用・ 反作用について理解を深め ました。さらに、実験結果の考察を支援するための３次元流れの数値シミュレーションを実施して、カプセルまわり流れに関する理解を深めました。