低電圧でのイオン風による気流制御を原理的に実証――航空機や自動車の燃費向上に期待 東北大

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プラズマアクチュエータと、航空機の翼周りの流れのはく離制御への応用例

東北大学は2019年4月10日、イオン風を利用して気流を制御する装置「プラズマアクチュエータ」の駆動電圧を大幅に低減できることを原理実証したと発表した。

空気抵抗を減らすことによる航空機や自動車の燃費向上や、風車の周囲の流れを制御することによる発電効率の向上など、流体制御技術の研究は古くから行われている。その技術の1つに、イオン風と呼ばれる、放電によって発生したイオンが中性粒子に衝突することで起こる気流を利用する方法がある。

そのイオン風を利用した装置として、電極と誘電体のみで構成されたプラズマアクチュエータが考案されている。しかし、現在のプラズマアクチュエータでは、イオン風を発生させるために1万ボルト以上もの高電圧が必要で、コストがかかるという問題があった。また、プラズマアクチュエータ素子を複数用いるという試みも行われたが、素子が近いと互いが干渉してイオン風が逆流し、性能が低下するという問題があった。

多電極プラズマアクチュエータの従来手法との比較

そこで、研究グループは今回、印加電圧波形と電極の配置方法を工夫して、電極から発生するイオン風を一方向にすることに成功。性能を向上できることを発見した。この手法により、数百ボルトの電圧でもプラズマアクチュエータを駆動できるという。

プラズマアクチュエータを上から見たときの放電写真

研究グループは今後、プラズマアクチュエータの微細化/高集積化を進め、実用可能な駆動電圧まで下げる研究を行うという。また、この成果により、航空機や自動車の飛躍的燃費向上に繋がる技術への応用が期待されるとしている。

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