共同研究・競争的資金等の研究課題

2018年4月 - 2020年3月

高速気流中でのプラズマフィラメント挙動の解明と極超音速放電空力制御への応用

日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究
  • 渡邉 保真

課題番号
18K13923
配分額
(総額)
4,160,000円
(直接経費)
3,200,000円
(間接経費)
960,000円

平成30年度は主として1.放電気流制御特性調査とそこでのプラズマフィラメント挙動解明の為の実験・数値解析、及び2.当初平成31年度に実施予定であった省エネルギー放電気流制御の為のパルス放電時プラズマフィラメント挙動の解明について一部を繰り上げて実施し放電気流制御効率および高速応答性について調査した。
1.将来型高速輸送機への応用を想定し、電極列で生成したプラズマフィラメントによる気流制御特性解明のため、米国ノートルダム大学超音速極超音速風洞SBR-50にて実験及び数値解析を行った。実験では極超音速機や宇宙往還機等のフラップを模した斜面を持つ模型を製作し、前方に設置した電極列にてプラズマを発生させ斜面上の圧力からフラップに作用する力を推算した。放電気流制御によりフラップ面に作用する圧力が急減少する事が判明した。圧力変動値及び電力の間には温度をパラメータとして強い線形関係がある事を発見した。高速気流のエンタルピーに対する比プラズマ電力と相対圧力変動値との間にも別途強い線形関係を発見し、これらの比により投入エネルギーに関する気流制御効率を算出した。これらの線形関係により放電気流制御を実用化する上で必要となる重要な知見を得られた。フィラメント挙動については動的モード分解法を応用することで特性周波数が明らかとなり、プラズマ電圧の特性周波数と一致することが判明した。装置の制約から実験が難しい気流・放電条件については数値解析によりプラズマからの加熱量と圧力制御量について相関関係を調査した。2.パルス放電による気流制御特性について250Hzから2.5kHzに渡って変動させ調査した。圧力応答時間は100μs~300μsと高速でありフラップ-プラズマ間での高温な剥離領域形成によって引き起こされる事が判明した。一連の成果は平成30年度開催或いは今後開催される国際会議および論文誌に投稿済みである。