Pulsed-DC プラズマアクチュエータの推力特性調査

摘要

近年，流体制御デバイスとしてDielectric BarrierrnDischarge Plasma Actuator (以下DBDPA) が注目を集rnめている．Fig. 1に示すように誘電体を挟んだ2枚rnの電極間に交流高電圧を印加することで誘電体バrnリア放電が生じ，プラズマが生成され，誘電体表面rnに沿った流れが誘起される．簡単な構造であり，機rn械的可動部を持たず，入力信号に対する即応性に優rnれるなどの利点がある．しかし，誘起流が遅く，産rn業的応用には誘起流の大幅な強化が必要であるとrn考えられている．これまで，誘起流の強化に向けてrn様々なアプローチから研究が行われてきた．中rnには，通常の2電極型のアクチュエータにDC高電圧rnを印加した電極を追加した3電極構造により，10倍rn程度の運動量増加に成功した報告もある．しかし，rn簡単な構造であるというメリットを失ってしまうrnことが欠点である．一方で，印加電圧波形の工夫にrnよるジェット推力強化は，その簡単な構造を失うこrnとなくジェットの強化を行うことができる．過去のrn研究において印加電圧波形の工夫によるジェットrn推力強化が示されている．しかし，その強化はrn最大でも約1.69倍に留まっている．一方，新しいrn電圧印加法として，通常の交流電源を用いた駆動法rnとは異なり，直流電源を用いてPulsed-DC波形を印加rnするPulsed-DCプラズマアクチュエータが2016年にrnMcGowanらによって提案された．Pulsed-DC波形とrnはFig. 2のように直流高電圧をパルス状に短時間接rn地し，すぐに元のDC電圧まで戻すような波形である．rnMcGowanらはFig. 3に示す回路を用い，Fig. 2のように上部電極に直流高電圧，下部電極にPulsed-DC波形rnを印加し駆動を行った．この駆動法により，通常rnの交流電源を用いた駆動と比較して最大で約66倍rnという飛躍的なジェット推力向上が報告されたrn(Fig. 4)．これほどの性能が得られれば，今後DBDPArnの産業的実用化は一気に加速すると考えられる．しrnかし，他の研究グループによるPulsed-DCプラズマアrnクチュエータの追実験結果はまだ報告されておらrnず，また，Pulsed-DC波形の波形パラメータがアクチrnュエータの性能に与える影響もよく分かっていなrnい．そこで，本研究ではPulsed-DCプラズマアクチュrnエータの性能を検証するためにその動作特性を調rn査することを目的とする．Pulsed-DC波形印加回路をrn作成し，異なるPulsed-DC波形を印加し，推力特性をrn実験的に調査する．具体的には，Pulsed-DC波形の電rn圧がグランド電位からDC電位まで上昇する時間rn(立ち戻り時間)，DC電圧，周波数をパラメータとしrnて変化させ実験し，調査を行う．また，Pulsed-DCrn波形を用いたより効果的な駆動方法を模索するたrnめ，波形を印加する電極の上下を入れ替える，他方rnの電極を接地するなどのバリエーションについてrnも実験を行う．