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プラズマアクチュエータを 用 いた<br />
失 速 制 御 における 周 波 数 の 影 響<br />
2007/10/10<br />
○ 二 宮 由 光 ( 東 大 院 )<br />
藤 井 孝 藏 (JAXA/ISAS)
研 究 背 景<br />
小 型 無 人 機 & 火 星 飛 行 機<br />
‣ Re
Dielectric Barrier Discharge (DBD)<br />
プラズマアクチュエータとは<br />
誘 電 体 を 挟 んだ 電 極 に<br />
交 流 高 電 圧 を 印 加<br />
バリア 放 電 によりプラズマが<br />
発 生 し, 電 場 から 力 を 受 ける<br />
ことで 速 度 誘 起<br />
時 間 平 均 をとると, 露 出 電 極 から<br />
被 覆 電 極 へと 向 かう 流 れ<br />
上 面 図<br />
プラズマアクチュエータ<br />
‣ 電 気 的 制 御 が 可 能<br />
‣ 構 成 装 置 が 単 純<br />
‣ 消 費 エネルギーが 小 さい<br />
‣ 翼 面 上 に 孔 を 必 要 としない<br />
誘 起 流<br />
Active Flow Controlとして 有 望 !
過 去 の 研 究 高 揚 力 装 置 としての<br />
プラズマアクチュエータ<br />
off<br />
on<br />
Tsubakino et al., AIAA2007-474<br />
u<br />
Corke et al., AIAA2006-1205<br />
‣ 前 縁 付 近 にアクチュエータを 配 置 するとより 効 果 的<br />
‣ 非 定 常 性 の 強 いアクチュエータを 用 いることでより 高 迎 角 まで<br />
失 速 制 御 を 実 現<br />
‣ 制 御 メカニズムは 未 解 明 であり,アクチュエータの 最 適 駆 動<br />
条 件 に 関 する 共 通 認 識 は 得 られていない
研 究 目 的<br />
風 洞 実 験 によりアクチュエータへの 各 入 力 パラメタが<br />
流 れに 及 ぼす 影 響 を 調 べる<br />
プラズマアクチュエータによる<br />
翼 周 り 流 れの 剥 離 制 御 メカニズムを 解 明 する<br />
手 始 めに…<br />
‣ 翼 型 を 対 象 とするプラズマアクチュエータの<br />
効 果 のイメージを 掴 む<br />
‣ 失 速 制 御 効 果 を 定 性 的 に 評 価 する
実 験 装 置<br />
‣ 実 験 条 件<br />
‣ 二 次 元 低 速 風 洞 :R2-DTU<br />
計 測 部 スパンb× 高 さh=100mm×400mm
実 験 装 置<br />
‣ 実 験 条 件<br />
‣ 二 次 元 低 速 風 洞 :R2-DTU<br />
計 測 部 スパンb× 高 さh=100mm×400mm<br />
‣ NACA0015 翼 型<br />
コードc×スパンb=100mm×100mm<br />
‣ Re=4.4×10 4 (U ∞ =7m/sec)<br />
‣ α=0~12degs<br />
ニクロム 線 φ0.1mm<br />
‣ 実 験 方 法<br />
‣ スモークワイヤ 法<br />
‣ ハイスピードカメラによる 撮 影<br />
(1000fps)<br />
U ∞
プラズマアクチュエータの 構 成<br />
Function<br />
Generator<br />
波 形 信 号<br />
(~4V)<br />
Amplifier<br />
(×1000)<br />
高 電 圧<br />
(~4kV)<br />
電 圧 & 電 流<br />
モニタリング<br />
PC
DBDに 用 いる 交 流 高 電 圧 波 形<br />
バースト 波 : sine 波 とそれに 続 く 無 負 荷 時 間 までを<br />
組 み 合 わせて1 周 期 Tとした 波<br />
‣ f base :バースト 波 の 構 成 要 素 であるsine 波 の 周 波 数<br />
‣ f + :バースト 波 の 発 振 周 波 数<br />
‣ BR:バースト 波 1 周 期 T 中 に 占 める 負 荷 時 間 T on の 割 合<br />
バースト 波 によりプラズマアクチュエータの 非 定 常 性 が 高 まる
実 験 結 果<br />
1. 翼 型 の 基 本 特 性<br />
2. プラズマアクチュエータ 失 速 制 御 効 果<br />
(α=12degs)
1. 翼 型 の 基 本 特 性 ( 瞬 間 場 )<br />
α=0deg<br />
α=4degs<br />
α=8degs<br />
α=12degs
1. 翼 型 の 基 本 特 性 ( 平 均 場 )<br />
0.03sec(1000fps×30フレーム)の 平 均 化<br />
α=0deg<br />
α=4degs<br />
α=8degs<br />
α=12degs
2-1. 単 純 sine 波 入 力 における 電 圧 (V) 効 果<br />
最 も 基 本 的 な 入 力 条 件<br />
‣ f base =6kHz<br />
電 圧 増 加<br />
( 入 力 エネルギー 増 加 )<br />
失 速 制 御 効 果 も 高 まる<br />
0kV<br />
2kV<br />
3kV
2-2. 単 純 sine 波 入 力 における 周 波 数 (f base ) 効 果<br />
f base =3kHz<br />
f base =6kHz<br />
2kV<br />
2kV<br />
2.5kV<br />
2.5kV<br />
3kV<br />
3kV
2-2. 単 純 sine 波 入 力 における 周 波 数 (f base ) 効 果<br />
f base =3→6kHzにおいて<br />
‣ 同 じ 電 圧 Vに 対 して 電 流 増 大 → 消 費 電 力 増 大<br />
‣ 各 電 圧 Vに 対 する 失 速 制 御 効 果 は 同 程 度<br />
f base による 失 速 制 御 効 果 への 寄 与 は 小 さい<br />
エネルギー 効 率 の 観 点 からf base → 小 が 望 ましい
2-3.バースト 波 入 力 における<br />
バースト 波 入 力 条 件<br />
‣ f base =6kHz<br />
バースト 比 率 (BR) 効 果<br />
V=2kV<br />
‣ F + =9.09<br />
(f + =600Hz) BR=100%<br />
BR=50%<br />
BR=10%
2-3.バースト 波 入 力 における<br />
バースト 波 入 力 条 件<br />
‣ f base =6kHz<br />
‣ F + =9.09<br />
(f + =600Hz)<br />
バースト 比 率 (BR) 効 果<br />
100%<br />
50%<br />
2.0kV<br />
×<br />
×<br />
2.5kV<br />
×<br />
○<br />
BR V ○: 失 速 制 御 可 能<br />
10%<br />
○<br />
○<br />
×: 失 速 制 御 不 可<br />
入 力 エネルギーは 最 小 だが<br />
失 速 制 御 効 果 は 最 大 !!
2-4.バースト 波 入 力 における<br />
バースト 周 波 数 (F + ) 効 果<br />
バースト 波<br />
入 力 条 件<br />
‣BR=10%<br />
‣f base =6kHz<br />
制 御 効 果 大<br />
各 F + に 対 して 失 速 制 御 を 実 現 する 入 力 電 圧 をプロット
まとめ<br />
本 実 験 の 範 囲 内 において<br />
‣ 失 速 制 御 効 果 を 高 めるには・・・<br />
• V<br />
• BR<br />
• F +<br />
→ 大<br />
→ 小<br />
→ 大<br />
‣ 省 エネルギーのためには・・・<br />
•(V → 小 )<br />
• f base → 小<br />
•(BR → 小 )<br />
今 後 は 翼 面 圧 力 計 測 により 定 量 的 評 価 を 行 う
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