世界初！旅客機主翼の流れの遷移メカニズムを解明 後退翼の層流化により空気抵抗の大幅減へ前進

世界初！旅客機主翼の流れの遷移メカニズムを解明後退翼の層流化により空気抵抗の大幅減へ前進

2021年9月14日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　助教　焼野蓝子

【発表のポイント】

大型旅客机などの后退翼¹の前縁部の迁移²のもとになる波の発生を，スーパーコンピュータにより，世界で初めて可视化観察することに成功した．
発生した波は，本研究での短时间のエネルギー増幅についての理论计算结果と一致した．これにより，半世纪にわたり未解明であった后退翼前縁部での迁移メカニズムが解明された．
本研究结果により，流れの迁移のしやすさの简便な予测法の精度が着しく向上すると期待され，将来的に低计算コストでの航空机开発を一层加速すると考えられる．

【概要】

航空机の大幅な低抵抗化を実现する方法の一つは，机体の形状の工夫や流体制御デバイスによる层流化3です．主翼の50%で层流状态を维持できれば，航空机の全抵抗の10%を削减できると考えられます．昨今の设计?製造技术の発达により実现可能性が高まり，世界各国で研究开発にしのぎを削っています．

东北大学流体科学研究所の焼野蓝子助教と大林茂教授は，これまで未解明であった大型旅客机の特に主翼前縁で発生する层流から乱流への迁移メカニズムを，世界で初めて，スーパーコンピュータとエネルギー过渡増幅に着目した理论解析により，解明することに成功しました．本研究で构筑した解析技术は，低计算コストな技术开発を可能にし，航空机开発において世界に一歩先んじる重要な成果とも言えます．

本研究成果は，米国現地時間2021年9月4日付で，本研究分野で最も権威ある学術専門誌の一つである「Physics of Fluids」に受理されました．

図１　后退翼前縁部周辺の流れ场の可视化の様子，迁移のもとになる波が縞模様で表れている
（等値面は変形速度テンソルの第二不変量，スパン方向速度で色付けしてある）

【用语解説】

１．後退翼
迁音速から超音速域で飞行する航空机の主翼が，衝撃波による造波抵抗を减らすため付け根から翼端に向かって后退しているもの．飞行マッハ数が0.75以上の航空机で採用され，マッハ数が増すにつれて必要な后退角が増加する．

２．遷移
流れに乱れのない層流から乱流へ状態が変化することを遷移という．遷移のしやすさは，理論的には微小擾乱の線形増幅率により判定される．本研究で有効性が確認された新しい理論 (エネルギー過渡増幅，Energy transient growth) を，大域的安定性解析 (Global stability analysis) に組み込むことで，遷移のしやすさを簡便に予測することができるようになる．このような遷移の予測法は，翼形状の最適設計や，翼面に設置する制御デバイスを開発する際に有用である．

３．層流化
一般に层流化は，翼の形の工夫や流れの制御により，迁移の开始地点を后流へ遅らせることにより达成される．次世代超音速输送机で採用が必须と考えられる低抵抗化技术の一つ．后退翼まわりでは流れは叁次元化し复雑で，乱流に迁移しやすく，层流化は困难である．大型机では胴体で生じる境界层の乱れが主翼前縁部に侵入し，层流化をさらに难しいものとする．本研究をきっかけに，世界で初めて前縁部付近の流れの详细を捉えることが可能になり，さらに迁移の発生メカニズムが解明されたので，层流化技术において世界に先駆ける重要な成果を得られたと考えられる．

详细（プレスリリース本文）