Control of Boundary-Layer Transition for Skin Friction Drag Reduction of Aircraft by Plasma Actuator

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後退翼の横流れ不安定による乱流遷移について，旅客機の飛行条件でも利用可能なプラズマアクチュエータ (PA) による制御手法を確立することを目的として研究を行っている．本年度は，横流れ制御に最適化した極低擾乱PAの開発，およびPAの運動量付加により想定されたメカニズム通りに遷移が生じているか実験による調査と，プラズマ孤立擾乱素子の提案・開発を行った．PAの開発については，導電性ナノ粒子塗装を用いた境界層制御用PA電極を風洞試験へ適用し影響を調査した．低速風洞を用いて，30m/s程度の気流条件で翼前縁の境界層の薄い部位に設置したPAの擾乱と運動量付加の影響を，熱線風速計およびIR画像解析を主とする流体計測により調べた．その結果，本条件では製作した厚み5μm程度のPA電極は流れの構造を乱さず，また運動量付加時には従来の素子同様に遷移遅延が達成できることを示した．流体解析の結果，ベース流れは強い横流れ不安定による縦渦が生じ，これが二次不安定により崩壊することで乱流遷移に至る一連のプロセスが明らかになった．PAによる運動量付加時には，横流れ自体が抑制され，異なる機序で乱流に至るプロセスが昨年度の研究成果から予想された通りに生じていた．高速大スケールでの遷移制御性能を調べるためにはこの遷移プロセスを回避する必要があるため，本試験の知見は来年度研究に活かされる．プラズマ孤立擾乱素子については，先行研究で風洞試験では効果が示されている物理的な孤立擾乱素子を大気圧非平衡プラズマの微小ドットで置き換えることを目的として提案・開発した．ドット生成手法を検討・実装し，風洞試験において遷移に干渉するのに十分な擾乱が生じることと，ドット間隔に依存し遷移位置が変化させられることを実証できた．