フラクタル翼がもたらす次世代小型航空機翼の革新

分形机翼带来的下一代小型飞机机翼创新

基本信息

批准号：
22K18767
负责人：
長田孝二
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18767/
关键词：
空気力学翼周り流れ風洞実験数値計算翼まわり流れ

项目摘要

実験に関しては、空隙率とフラクタル部の位置が異なる合計６種類のフラクタル翼（フラクタル部なし、前縁部に空隙率0.3および0.6のフラクタル部、後縁部に空隙率0.3および0.6のフラクタル部）を製作し、空力計測と流れ場の可視化を行った。翼の製作には3Dプリンタを用いた。実験には名古屋大学所有のゲッチンゲン風洞を用いた。空力計測には六分力天秤を用い、流れ場の可視化にはスモークワイヤ法（本研究で作成）とレーザを用いた。その結果、実験を行ったフラクタル翼モデルに関してはフラクタル部がない場合に比べて揚力が低下したものの、前縁部にフラクタル部を設置した場合に高迎角に至るまで揚力に線形性があることがわかった。これは、急な姿勢変更や風向きの変化に対してもフラクタル翼が安定して揚力を発生できることを示唆する新たな知見である。ラージエディシミュレーションによる二次元翼の非定常空力解析を実行し、一部透過性を有する翼の空力解析を行った。計算にはOpenFOAMを用い、多孔質のモデルを実装した。多孔質としては均質な多孔質と一方向のみ透過性を有する多孔質（実験でのハニカムに類似）の二種類を用いた。多孔質部の長さを翼弦長の4%, 10%, および20%とし、空隙率を0.3, 0.6,および0.9とした。迎角は0度から16度まで2度刻みとした。計算には高速ワークステーション（本研究費で購入）を用いた。計算の結果、一方向のみ透過性を有する多孔質翼の場合に、高迎角域において多孔質部がない翼と比較して揚力／抗力比が向上することを見出した。結果を国際誌（Journal of Aircraft）に投稿し、現在修正原稿が査読中である。

关于实验，总共用不同的孔隙率和分形位置制造了六种类型的分形翅膀（未分形部分，前缘的孔隙率为0.3和0.6的分形部分，而孔隙率为0.3和0.6的分形部分在尾随边缘）以及空气动力学测量和流动场测量和流场的可视化。使用3D打印机来制作机翼。实验是使用名古屋大学拥有的Gotingen风洞进行的。将六聚体平衡用于空气动力学测量，烟丝方法（本研究产生），并使用激光可视化流场。结果，尽管与进行实验进行了分形机翼模型相比，在进行实验的情况下，在前缘安装了分形部分时，发现升力力是线性直至高攻击角的情况。这是一个新发现，表明即使在突然变化或风向变化时，分形翅膀也会产生升力。使用大型模拟对二维机翼进行了不稳定的空气动力学分析，并对部分透明的机翼进行了空气动力学分析。使用OpenFOAM进行计算，并实现了多孔模型。使用了两种类型的多孔材料：均质的多孔材料和多孔材料，仅在一个方向上渗透（类似于实验中的蜂窝）。多孔部分的长度为和弦长度的4％，10％和20％，孔隙率为0.3、0.6和0.9。攻击角度从0度到16度的两个度增加。使用高速工作站（根据这项研究的资金购买）进行计算。该计算发现，如果多孔刀片仅渗透仅一个方向，则与没有多孔部分的机翼相比，提升/拉力比有所提高。结果已提交给《飞机杂志》，而修订后的手稿目前正在同行评审。