シンセティックジェットによる翼周りの剥離流れ制御に関する数値的研究

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前年度までに解析を行ったシンセティックジェット（SJ）による翼周り剥離流れ制御に対し，同様のマイクロデバイスであり近年注目を集めているプラズマアクチュエータ（PA）による剥離制御に関する高精度シミュレーションを行い，制御メカニズムと最適な駆動パラメータの比較を行った．まず，最適な駆動周波数F+（一様流速度と翼弦長で無次元化した周波数）は両デバイス共に6から20程度に局在する事が明らかとなった．しかし，投入運動量の大きい時にはPAが高い揚抗比を示す一方，投入運動量の小さい時にはSJが高い揚抗比を示した．これはデバイスにより誘起される擾乱に違いを生じる為と考えられ，その要因を以下のように切り分けた：A）主流に沿う方向に直接運動量を付加する効果はPAの方が強い；B）翼スパン方向の変動成分（流れの3次元性）はSJの方が強い；C）SJによる誘起流れは局所性の強い流速分布を有する；D）バースト駆動を行うPAは交流電圧を使用する事に伴いSt=100以上の高周波成分が強く投入される．以上の特性のうち，投入運動量の大きい場合にはAの効果が強く現れPAの剥離制御性能が高くなり，小さい場合にはBに基づきSJの剥離制御性能が向上すると考えられる．このようにデバイス特性の違いに起因して制御性能がわずかに異なる事を示したが，一方で剥離制御に重要な主流方向運動量の交換の観点では，両デバイス共に乱流混合による交換作用と大規模秩序渦による乱流渦の連行作用の双方が鍵となる事を明らかにした．また誘起擾乱に対する線形安定性解析を施し両デバイス共に前縁付近で擾乱の線形成長領域が現れる事を示し，同様のメカニズムで最適な駆動周波数が局在する事を明らかにした．このように，個々のデバイス間の誘起擾乱の違いによる制御性能のわずかな差異を除き，最適な剥離流れ制御を行うメカニズムには普遍性の高い要素が存在する可能性を示した．