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1.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 簡便なパネル法によるプロペラキャビテーション推定法に関する研究
安東 潤
研究期間: 1997-1998
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概要: 昨年度は、九州大学で開発した簡便なパネル法SQCMをベースにして、圧力一定となるキャビティ形状を繰り返し計算によって求める手法に基づき、部分キャビテーションを起している2次元翼の性能を計算した。本年度は、この手法の3次元問題への拡張を行った。 始めに計算法の概略を述べる。翼表面をパネルに分割し、それぞれに一定強さの吹出しを配置する。また、キャンバー面上にLanのQCMの理論に従って束縛渦とコントロールポイントを配置する。翼の背面に予めキャビテーションが発生する範囲を仮定し、その範囲内では目標速度を条件として、その他の翼表面では翼を貫く流れが無いという物体表面条件を課す。ここで、部分キャビテーションとスーパーキャビテーションの両方が扱えるように、それぞれに対応する条件式を導入する。さらにキャンバー面を貫く流れが無いという条件を課すことにすると、吹出しおよび渦分布とキャビテーション数を決定するための連立1次方程式が構成されるので、これを解いて未知数を求める。今、キャビテーションが発生するとした翼背面の範囲では境界を貫く流れが無いという条件は満足されていないので、翼前縁より翼表面のパネルを流れに沿うように再配置する。これがキャビティ形状となる。以上の操作をキャビティ形状が変化しなくなるまで繰り返す。 上記の方法を用いて、3次元楕円翼および矩形翼、後退角付3次元翼について計算を行った。いずれの翼に対しても、計算で求めたキャビテーション数とキャビテーション長さおよびキャビテイ最大厚さの関係は実験の傾向と良く一致した。また楕円翼については揚力・抗力係数についても本計算法により実験結果に一致する結果を得ることができた。現在、定常プロペラに対して拡張中である。 続きを見る
2.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of サーフェス・プロペラに関する総合的研究 — Cooperative Research on Surface Propeller
中武 一明 ; NAKATAKE Kuniharu
研究期間: 1991-1993
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概要: 1.4種のプロペラを作成し、曳航水槽、空洞水槽、高速回流水槽においてサーフェス・プロペラの実験を行い、この種のプロペラ独特の現象について新しい知見を得た。またサーフェス・プロペラには超空洞プロペラの方が適していることを確かめた。 2.新しい揚力面理論の一つとして、尖点を持つ馬蹄渦を用いるQCMのプログラムを開発した。この方法は、少ない渦格子によって、安定したプロペラ性能を計算できる上に、等価2次元翼を求めることが出来る。これと線形キャビテーション翼理論を組合せて、空洞プロペラの性能を求めるプログラムを開発した。これは精度も良く計算し易い。 3.非線形空洞翼の計算プログラムを開発し、Waid翼型とカップ対翼に適用して、有効な計算法であることを確かめた。 4.パネル法によって、不均一流れの中で作動するプロペラの性能と圧力分布を求めるプログラムを開発した。実船のプロペラ上の圧力分布を計算し、実験値を良く一致する結果を得た。 5.翼と空洞まわりの流れを求める非線形理論計算法の一つとして、一次渦パネル法による計算法を開発した。これをWaid翼に適用して、実験値と良い一致を得た。この計算法を超空洞プロペラの設計に適用して、3種の設計条件を満す3つの超空洞プロペラを設計して、実験を行ない、理論的予測が正しいことを確認した。 6.空洞水槽中で作動するプロペラの推力とトルクが、POTと比べて増加する現象をQCMと境界要素法を用いて理論的に解明した。 7.3次元翼まわりの流れを求める計算法として、簡便で精度の良いSQCMを開発し、タンデム水中翼の性能を計算し、一方では水中翼の実験を行い、計算値と実験値の良い一致を得た。この方法は、今後いろんな方面に発展しうる方法であると思われる。 続きを見る
3.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 非定常3次元翼に発生するキャビテーションの数値解析に関する研究
安東 潤
研究期間: 1999-2000
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概要: 前年度の2次元翼を対象とした非定常シートキャビテーションの数値解法(SQCMというパネル法に基づく方法)を3次元問題に拡張した。3次元問題の数値解析手法は基本的に2次元問題と同様であるが、前年度の手法をそのまま用いるとHeaving振動する翼やSinusoidal Gustを通過する翼の問題に対しては計算時間が長くなることが予想されたので、これらの問題を取り扱う際には、静止状態から急に一定速度で進行する翼を表すWagner問題として計算を開始して定常状態に近づけてから非定常運動を行うといった手法を新たに考案した。そして、このような手法により1周期の変動が安定する時間が早くなり、計算時間を大幅に短縮できることを確認した。 3次元問題に拡張した数値解法を部分キャビテーションが発生するWagner問題、Heaving振動する翼およびSinusoidal Gustを通過する翼の問題に適用し、キャビティ形状や翼表面の圧力分布、翼の揚力・抗力を求めたところ、Wagner問題については定常解と一致し、その他の問題では安定した周期的な計算結果が得られた。また、計算結果の一部を他の研究者の計算結果と比較したところ、ほぼ同様な傾向を示し、本数値解法の妥当性が確認された。 さらに本数値解析法を部分キャビテーションだけではなく、キャビテーション長さが翼のコード長より長いスーパーキャビテーション状態にも適用できるように拡張した。そして、Sinusoidal Gustを通過する翼について、部分キャビテーションとスーパーキャビテーションが混在する状態で計算を行ったところ、キャビティ長さ、キャビティ体積、揚力係数および抗力係数などの計算値は1周期について完全には一定とはならなかった。これは、翼端付近の部分キャビテーションが不安定であることと、部分キャビテーションとスーパーキャビテーションの境目付近の計算の難しさが原因として考えられる。今後この原因を詳細に調査し、数値解法を改良する必要がある。 続きを見る