JP7352429B2 - 気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システム - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマアクチュエータを用いた気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システムに関する。
プラズマアクチュエータは、誘電体を挟んで相対的に位置をずらして配置された一対の電極間に交流電圧を印加することでプラズマ放電を生じさせるものであり、プラズマアクチュエータを駆動させることで、プラズマ放電の方向に沿った空気の流れを形成することができる。
そして、近年、プラズマアクチュエータを飛行機やヘリコプタ等の航空機の翼や風力発電装置の翼などに取り付けて、翼の表面上の流れる気流が翼の表面から剥離した場合や剥離が予想される場合などに翼の表面部分に配置したプラズマアクチュエータを駆動して、気流が翼の表面から剥離した状態から翼の表面に付着する状態に戻したり、気流が翼の表面に付着した状態を維持するための技術の開発が進められている（例えば特許文献１～３参照）。
そして、近年、プラズマアクチュエータを飛行機やヘリコプタ等の航空機の翼や風力発電装置の翼などに取り付けて、翼の表面上の流れる気流が翼の表面から剥離した場合や剥離が予想される場合などに翼の表面部分に配置したプラズマアクチュエータを駆動して、気流が翼の表面から剥離した状態から翼の表面に付着する状態に戻したり、気流が翼の表面に付着した状態を維持するための技術の開発が進められている（例えば特許文献１～３参照）。
ところで、従来は、気流が翼の表面から剥離したか否かを判断するために、翼に気流の流速センサや圧力センサ等を新たに取り付けたり、あるいは航空機等に予め取り付けられている流速センサや圧力センサ等の計測値を用いるなどしていた。
しかし、センサを新たに取り付ける場合には取り付けたセンサにより空力に影響が出たり、既設のセンサを用いる場合にはセンサが気流の剥離を検知するために必ずしも適切な位置に設けられていない場合があるなどの問題がある。
しかし、センサを新たに取り付ける場合には取り付けたセンサにより空力に影響が出たり、既設のセンサを用いる場合にはセンサが気流の剥離を検知するために必ずしも適切な位置に設けられていない場合があるなどの問題がある。
本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、新たに物体にセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなく物体の表面から気流が剥離したか否か等を検知することが可能な気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システムを提供することを目的とする。
前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、気流の剥離検知方法において、物体の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータに所定の電圧値の交流電圧を印加した状態で計測される前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、気流の剥離検知方法において、物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータにそれぞれ所定の電圧値の交流電圧を印加した状態でそれぞれ計測される前記各プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値のうち、ある時点での単数又は複数の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が、当該時点での他の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の気流の剥離検知方法において、前記物体は、航空機の翼であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、気流の剥離位置検知方法において、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の気流の剥離検知方法を用い、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となった前記プラズマアクチュエータの位置で前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、気流の剥離検知システムにおいて、
物体の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、前記プラズマアクチュエータに所定の電圧値の交流電圧を印加した状態で計測される前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
物体の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、前記プラズマアクチュエータに所定の電圧値の交流電圧を印加した状態で計測される前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、気流の剥離検知システムにおいて、
物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に配置された複数のプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータにそれぞれ所定の電圧値の交流電圧を印加した状態でそれぞれ計測される前記各プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値のうち、ある時点での単数又は複数の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が、当該時点での他の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に配置された複数のプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータにそれぞれ所定の電圧値の交流電圧を印加した状態でそれぞれ計測される前記各プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値のうち、ある時点での単数又は複数の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が、当該時点での他の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の気流の剥離検知システムにおいて、前記物体は、航空機の翼であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、気流の剥離位置検知システムにおいて、
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の気流の剥離検知システムを備え、
前記気流の剥離検知システムの前記検知装置が前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となった前記プラズマアクチュエータの位置で前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の気流の剥離検知システムを備え、
前記気流の剥離検知システムの前記検知装置が前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となった前記プラズマアクチュエータの位置で前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知することを特徴とする。
本発明によれば、気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システムにおいて、新たに物体にセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなくプラズマアクチュエータを用いて物体の表面から気流が剥離したか否かや剥離した位置を検知することが可能となる。
以下、本発明に係る気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明では、翼の表面上を流れる気流の剥離検知や剥離位置検知を行うが、その際に、翼に気流の流速センサや圧力センサ等を新たに取り付けたり、あるいは航空機等に予め取り付けられている流速センサや圧力センサ等を用いたりせず、以下で説明するように、翼の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータを使い、その消費電力や電流値に基づいて気流が翼の表面から剥離したことや剥離した位置を検知するようになっている。
本発明では、翼の表面上を流れる気流の剥離検知や剥離位置検知を行うが、その際に、翼に気流の流速センサや圧力センサ等を新たに取り付けたり、あるいは航空機等に予め取り付けられている流速センサや圧力センサ等を用いたりせず、以下で説明するように、翼の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータを使い、その消費電力や電流値に基づいて気流が翼の表面から剥離したことや剥離した位置を検知するようになっている。
なお、以下では、プラズマアクチュエータが航空機の翼の表面部分に配置されている場合について説明するが、本発明に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム、気流の剥離位置検知システムは、例えば、風力発電装置の翼の表面上を流れる気流の剥離や剥離位置の検知にも適用することができ、また、翼以外の物体の表面上を流れる気流の剥離や剥離位置の検知にも適用することが可能である。
また、以下では、翼の表面上の流れる気流が翼の表面から剥離した場合や剥離が予想される場合などにプラズマアクチュエータを駆動して、気流が翼の表面から剥離した状態から翼の表面に付着する状態に戻したり気流が翼の表面に付着した状態を維持するためにプラズマアクチュエータが翼の表面部分に配置されている場合について説明するが、本発明は、プラズマアクチュエータがこのような目的で翼（物体）の表面部分に配置されている場合に限定されない。
また、以下では、翼の表面上の流れる気流が翼の表面から剥離した場合や剥離が予想される場合などにプラズマアクチュエータを駆動して、気流が翼の表面から剥離した状態から翼の表面に付着する状態に戻したり気流が翼の表面に付着した状態を維持するためにプラズマアクチュエータが翼の表面部分に配置されている場合について説明するが、本発明は、プラズマアクチュエータがこのような目的で翼（物体）の表面部分に配置されている場合に限定されない。
［プラズマアクチュエータ］
以下、プラズマアクチュエータの構成や制御方法等について簡単に説明する。図１は、プラズマアクチュエータの構成等を表す概略断面図である。
プラズマアクチュエータ１は、第１電極２と、第２電極３と、誘電体４と、交流電源５と、交流電源５を制御する制御部６とを備えて構成されている。第１電極２と第２電極３は、誘電体４を挟んで配置されており、かつ、誘電体４の延在方向に相対的に位置をずらして配置されている。
また、第２電極３は接地されている。そして、交流電源５により第１電極２と第２電極３との間に交流電圧が印加されるようになっている。
以下、プラズマアクチュエータの構成や制御方法等について簡単に説明する。図１は、プラズマアクチュエータの構成等を表す概略断面図である。
プラズマアクチュエータ１は、第１電極２と、第２電極３と、誘電体４と、交流電源５と、交流電源５を制御する制御部６とを備えて構成されている。第１電極２と第２電極３は、誘電体４を挟んで配置されており、かつ、誘電体４の延在方向に相対的に位置をずらして配置されている。
また、第２電極３は接地されている。そして、交流電源５により第１電極２と第２電極３との間に交流電圧が印加されるようになっている。
そして、この状態で制御部６により交流電源５を動作させて第１電極２と第２電極３との間に高周波で高電圧の交流電圧を印加すると、第１電極２側方の誘電体４の表面上で、第２電極３に対応する位置に、第１電極２から噴出するように電子と正イオンからなるプラズマＰが発生する。そして、プラズマＰの噴出に伴って、誘電体４の表面に向かい、プラズマＰの噴出方向に沿って誘電体４の表面上を流れる空気の流れａ（図中の矢印ａ参照）が誘起される。
すなわち、プラズマアクチュエータ１を駆動させることで（第１電極２と第２電極３との間に高周波の交流電圧を印加することで）、第１電極２の側方にプラズマＰが発生し、プラズマの噴出により、誘電体４の表面上を流れる空気の流れａを発生させることができるようになっている。
すなわち、プラズマアクチュエータ１を駆動させることで（第１電極２と第２電極３との間に高周波の交流電圧を印加することで）、第１電極２の側方にプラズマＰが発生し、プラズマの噴出により、誘電体４の表面上を流れる空気の流れａを発生させることができるようになっている。
このように、プラズマアクチュエータ１で翼の表面上に空気の流れａを発生させることができることを利用して、例えば、前述したように、翼の表面上の流れる気流が翼の表面から剥離した場合などにプラズマアクチュエータを駆動して、気流を翼の表面に付着する状態に戻すことができる。
すなわち、図２（Ａ）に示すように、翼１００の表面上を流れる気流Ａが翼１００の表面から剥離した場合、図２（Ｂ）に示すように、気流Ａが剥離した位置の上流側（気流Ａが流れる方向における上流側）でプラズマアクチュエータ１を駆動し、第１電極２の下流側の側方にプラズマＰを発生させて空気の流れａを発生させると、気流Ａが翼１００の表面に付着する状態に戻る。
すなわち、図２（Ａ）に示すように、翼１００の表面上を流れる気流Ａが翼１００の表面から剥離した場合、図２（Ｂ）に示すように、気流Ａが剥離した位置の上流側（気流Ａが流れる方向における上流側）でプラズマアクチュエータ１を駆動し、第１電極２の下流側の側方にプラズマＰを発生させて空気の流れａを発生させると、気流Ａが翼１００の表面に付着する状態に戻る。
このようにして、プラズマアクチュエータ１を用いて、翼１００の表面上を流れる気流Ａを制御することができる。
そして、交流電源５から第１電極２と第２電極３との間に印加する交流電圧Ｖとして、例えば図３（Ａ）に示すような定常的な交流電圧を印加してプラズマＰを連続的に発生させることも可能であるが、本発明者らの研究では、交流電圧Ｖとして図３（Ｂ）に示すバースト波形の交流電圧を印加すると、気流Ａの流速が遅い場合は勿論、特に気流Ａの流速が速い場合に気流Ａを適切に翼１００の表面に付着させることができることが分かっている。
そして、交流電源５から第１電極２と第２電極３との間に印加する交流電圧Ｖとして、例えば図３（Ａ）に示すような定常的な交流電圧を印加してプラズマＰを連続的に発生させることも可能であるが、本発明者らの研究では、交流電圧Ｖとして図３（Ｂ）に示すバースト波形の交流電圧を印加すると、気流Ａの流速が遅い場合は勿論、特に気流Ａの流速が速い場合に気流Ａを適切に翼１００の表面に付着させることができることが分かっている。
この場合、バースト波形とは、図３（Ｂ）に示すように振幅（最大振幅Ｖｍ）が正の期間（振幅が０ではない期間）と振幅が０の期間を一定の周期（バースト周期）Ｔで繰り返す波形をいう。振幅が正の期間にプラズマＰが発生するが、振幅が０の期間にはプラズマＰは発生しない。
そして、本発明者らの研究では、プラズマアクチュエータ１による気流Ａを翼１００の表面に付着させる効果は、バースト周波数ｆ（＝１／Ｔ）が支配的に影響することが分かっている。
そして、本発明者らの研究では、プラズマアクチュエータ１による気流Ａを翼１００の表面に付着させる効果は、バースト周波数ｆ（＝１／Ｔ）が支配的に影響することが分かっている。
すなわち、バースト周波数ｆ（あるいはバースト周期Ｔ）を適切に調整することで、翼１００の表面上の流れる気流Ａが翼１００の表面から剥離した場合や剥離が予想される場合などにプラズマアクチュエータ１を駆動して、気流Ａを翼１００の表面から剥離した状態から翼１００の表面に付着する状態に効果的に戻したり気流Ａが翼１００の表面に付着した状態を効果的に維持したりすることが可能となる。
制御部６では、交流電源５から第１電極２と第２電極３との間に印加する交流電圧Ｖの波形やバースト周期Ｔ（バースト周波数ｆ）、振幅が正の期間Ｔｏｎ（Ｔｏｎ＝Ｔの場合（すなわち定常的な交流電圧の場合）を含む。）等を調整することができるようになっている。また、交流電圧Ｖの最大振幅Ｖｍを時間的に一定とせずに時間的に変化させてもよい。
制御部６では、交流電源５から第１電極２と第２電極３との間に印加する交流電圧Ｖの波形やバースト周期Ｔ（バースト周波数ｆ）、振幅が正の期間Ｔｏｎ（Ｔｏｎ＝Ｔの場合（すなわち定常的な交流電圧の場合）を含む。）等を調整することができるようになっている。また、交流電圧Ｖの最大振幅Ｖｍを時間的に一定とせずに時間的に変化させてもよい。
［気流の剥離検知方法及びシステム、気流の剥離位置検知方法及びシステム］
次に、上記のプラズマアクチュエータ１を用いた本発明に係る気流の剥離検知システムや気流の剥離位置検知システムの実施形態について説明する。
なお、以下の気流の剥離検知システムや気流の剥離位置検知システムの説明は、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離位置検知方法の説明にもなっているが、気流の剥離検知方法や気流の剥離位置検知方法については、後述する検知装置７が気流Ａの剥離等を検知する場合に限定されない。また、以下では、検知装置７と交流電源５の制御部６とは別体の装置として説明するが、それらが一体的に構成されていてもよい。
また、以下では、上記の翼１００を物体１００に一般化して説明する。
次に、上記のプラズマアクチュエータ１を用いた本発明に係る気流の剥離検知システムや気流の剥離位置検知システムの実施形態について説明する。
なお、以下の気流の剥離検知システムや気流の剥離位置検知システムの説明は、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離位置検知方法の説明にもなっているが、気流の剥離検知方法や気流の剥離位置検知方法については、後述する検知装置７が気流Ａの剥離等を検知する場合に限定されない。また、以下では、検知装置７と交流電源５の制御部６とは別体の装置として説明するが、それらが一体的に構成されていてもよい。
また、以下では、上記の翼１００を物体１００に一般化して説明する。
［第１の実施の形態］
［気流の剥離検知方法及びシステム］
図４は、第１の実施形態に係る気流の剥離検知システムの構成を表す図である。
なお、図４では、プラズマアクチュエータ１の第１電極２を見やすくするため分厚く表現されているが、実際には、第１電極２が物体１００の表面上を流れる気流Ａに影響を与えないようにするために、フィルム状に形成するなどして非常に薄く形成される。
［気流の剥離検知方法及びシステム］
図４は、第１の実施形態に係る気流の剥離検知システムの構成を表す図である。
なお、図４では、プラズマアクチュエータ１の第１電極２を見やすくするため分厚く表現されているが、実際には、第１電極２が物体１００の表面上を流れる気流Ａに影響を与えないようにするために、フィルム状に形成するなどして非常に薄く形成される。
本実施形態に係る気流の剥離検知システム１０は、物体１００の表面部分に配置された上記のプラズマアクチュエータ１と、交流電源５の制御部６に接続された検知装置７とを備えている。なお、検知装置７は、制御部６を介さずに交流電源５に直接接続されていてもよい。
そして、検知装置７は、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離しているか否かを検知するようになっている。なお、以下では、説明を簡単にするために、プラズマアクチュエータ１に最大振幅Ｖｍが時間的に一定の定常的な交流電圧（図３（Ａ）参照）を印加した場合について説明するが、バースト波形の交流電圧（図３（Ｂ）参照）等の他の波形の交流電圧を印加した場合も同様に説明される。
そして、検知装置７は、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離しているか否かを検知するようになっている。なお、以下では、説明を簡単にするために、プラズマアクチュエータ１に最大振幅Ｖｍが時間的に一定の定常的な交流電圧（図３（Ａ）参照）を印加した場合について説明するが、バースト波形の交流電圧（図３（Ｂ）参照）等の他の波形の交流電圧を印加した場合も同様に説明される。
物体１００の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータ１の交流電源５での消費電力ｐを計測すると、図４に示すように、プラズマアクチュエータ１の位置で物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面に付着している場合は、気流Ａの流速等に変化がなければ、図５のαで表される部分に示されるように、消費電力ｐはほぼ一定の状態になる。
しかし、図６に示すように、プラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面から剥離していると、図５のβで表される部分に示されるように、プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐが激しく変動するようになる場合がある。
しかし、図６に示すように、プラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面から剥離していると、図５のβで表される部分に示されるように、プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐが激しく変動するようになる場合がある。
このような現象が生じる理由は必ずしも定かではないが、以下のように考えることができる。
すなわち、図４に示したように気流Ａが物体１００の表面に付着していると、気流Ａが安定して流れ、気流Ａの流量が一定になる。また、例えば航空機の速度が変化する場合、速度が瞬間的に大きく変化することはなく比較的緩やかに変化するため、航空機の翼（物体１００）の表面上の気流Ａの流量も比較的緩やかに変化する状態になる。
それに対し、図６に示したように気流Ａが物体１００の表面から剥離していると、気流Ａの一部が逆方向に流れるなどして気流Ａが乱れる場合がある。そのため、気流Ａが不安定になり、気流Ａの流量が比較的激しく変化するようになる。
すなわち、図４に示したように気流Ａが物体１００の表面に付着していると、気流Ａが安定して流れ、気流Ａの流量が一定になる。また、例えば航空機の速度が変化する場合、速度が瞬間的に大きく変化することはなく比較的緩やかに変化するため、航空機の翼（物体１００）の表面上の気流Ａの流量も比較的緩やかに変化する状態になる。
それに対し、図６に示したように気流Ａが物体１００の表面から剥離していると、気流Ａの一部が逆方向に流れるなどして気流Ａが乱れる場合がある。そのため、気流Ａが不安定になり、気流Ａの流量が比較的激しく変化するようになる。
前述したように、プラズマアクチュエータ１には高周波で高電圧の交流電圧が印加されているため、プラズマアクチュエータ１に印加される高電圧の交流電圧によりプラズマアクチュエータ１の近傍で気流Ａ中の分子がイオン化する。
そして、気流Ａ中の分子がイオン化すると、プラズマアクチュエータ１での見かけ上の電流値が大きくなり、プラズマアクチュエータ１での消費電力ｐが大きくなる。
そして、気流Ａ中の分子がイオン化すると、プラズマアクチュエータ１での見かけ上の電流値が大きくなり、プラズマアクチュエータ１での消費電力ｐが大きくなる。
このような状況で、上記のように、気流Ａが物体１００の表面に付着している場合、気流Ａが安定して流れ、気流Ａの流量も安定するため、イオン化する分子の量が一定量になり、変化しても緩やかに変化する状態になる。そのため、プラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面に付着している場合、計測されるプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐはほぼ一定になり、あるいは変化するとしても緩やかに変化する状態になる。
それに対し、プラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面に剥離すると、上記のように気流Ａの流量が比較的激しく変化するため、プラズマアクチュエータ１に印加される高電圧の交流電圧によりイオン化する分子の量が比較的激しく変動する。そのため、計測されるプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐが比較的激しく変動するようになると考えることができる。
それに対し、プラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面に剥離すると、上記のように気流Ａの流量が比較的激しく変化するため、プラズマアクチュエータ１に印加される高電圧の交流電圧によりイオン化する分子の量が比較的激しく変動する。そのため、計測されるプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐが比較的激しく変動するようになると考えることができる。
そこで、上記の現象を利用して、本実施形態では、物体１００の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータ１に所定の電圧値（例えば上記の最大振幅Ｖｍ）の交流電圧Ｖを印加した状態で計測されるプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐの時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成されている。
なお、プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐの代わりにプラズマアクチュエータ１の電流値ｉ（上記のイオン化した分子による寄与分を含む。）を計測するように構成してもよい。また、気流の剥離検知システム１０では検知装置７がこの処理を行うように構成される。
また、上記の所定値として、気流Ａが物体１００の表面に付着している状態と気流Ａが物体１００の表面から剥離している状態とを切り分けることが可能な値が、事前の実験やシミュレーション等により適宜設定される。
また、上記の所定値として、気流Ａが物体１００の表面に付着している状態と気流Ａが物体１００の表面から剥離している状態とを切り分けることが可能な値が、事前の実験やシミュレーション等により適宜設定される。
以上のように、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０によれば、プラズマアクチュエータ１での消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率（時間的変化率の絶対値）を監視するだけで、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したか否かを検知することが可能となる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０によれば、新たに物体１００に流速センサや圧力センサ等のセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなく物体１００の表面から気流Ａが剥離したか否かを的確に検知することが可能となる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０によれば、新たに物体１００に流速センサや圧力センサ等のセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなく物体１００の表面から気流Ａが剥離したか否かを的確に検知することが可能となる。
［気流の剥離位置検知方法及びシステム］
また、上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０で、上記のようにプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐの時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、少なくともこのプラズマアクチュエータ１（すなわち上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０を用いて気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となったプラズマアクチュエータ１）が配置されている物体１００の表面の位置で、気流Ａが物体１００の表面から剥離していると検知することができる。
また、上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０で、上記のようにプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐの時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、少なくともこのプラズマアクチュエータ１（すなわち上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム１０を用いて気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となったプラズマアクチュエータ１）が配置されている物体１００の表面の位置で、気流Ａが物体１００の表面から剥離していると検知することができる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法を用いて気流の剥離位置検知をも行うことができる（気流の剥離位置検知方法）。また、本実施形態に係る気流の剥離検知システム１０は気流の剥離位置検知システムとしても機能するようになっている。
そして、このように構成することで、気流Ａが物体１００の表面から剥離した位置を、他のセンサを用いることなくプラズマアクチュエータ１のみを用いて的確に検知することが可能となる。
なお、気流の剥離位置検知システム１０における気流Ａの剥離位置の検知は、上記の検知装置７が行うように構成してもよく、検知装置７とは別の装置で検知するように構成してもよい。
そして、このように構成することで、気流Ａが物体１００の表面から剥離した位置を、他のセンサを用いることなくプラズマアクチュエータ１のみを用いて的確に検知することが可能となる。
なお、気流の剥離位置検知システム１０における気流Ａの剥離位置の検知は、上記の検知装置７が行うように構成してもよく、検知装置７とは別の装置で検知するように構成してもよい。
［第２の実施の形態］
［気流の剥離検知方法及びシステム］
上記の第１の実施形態では、１個のプラズマアクチュエータ１を用いて気流Ａの剥離検知を行う場合について説明したが、複数のプラズマアクチュエータ１を用いて気流Ａの剥離検知を行うように構成することも可能である。
この場合、図７に示すように、物体１００（例えば航空機１０１の翼１００）の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って複数のプラズマアクチュエータ１が物体１００の表面部分に並ぶように配置される。そして、図８に示すように、各プラズマアクチュエータ１は第１の実施形態と同様にそれぞれ構成されるが、本実施形態に係る気流の剥離位置検知システム２０の検知装置８は、各プラズマアクチュエータ１の交流電源５の制御部６にそれぞれ接続されている。
［気流の剥離検知方法及びシステム］
上記の第１の実施形態では、１個のプラズマアクチュエータ１を用いて気流Ａの剥離検知を行う場合について説明したが、複数のプラズマアクチュエータ１を用いて気流Ａの剥離検知を行うように構成することも可能である。
この場合、図７に示すように、物体１００（例えば航空機１０１の翼１００）の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って複数のプラズマアクチュエータ１が物体１００の表面部分に並ぶように配置される。そして、図８に示すように、各プラズマアクチュエータ１は第１の実施形態と同様にそれぞれ構成されるが、本実施形態に係る気流の剥離位置検知システム２０の検知装置８は、各プラズマアクチュエータ１の交流電源５の制御部６にそれぞれ接続されている。
なお、本実施形態においても、検知装置８は、各プラズマアクチュエータ１の交流電源５に直接接続するように構成することも可能である。
また、図７や図８では、物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿ってプラズマアクチュエータ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）が３個配置されている場合が示されており、以下ではそのように構成されている場合について説明するが、物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って配置するプラズマアクチュエータ１の個数は３個でなくてもよい。
また、図７や図８では、物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿ってプラズマアクチュエータ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）が３個配置されている場合が示されており、以下ではそのように構成されている場合について説明するが、物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って配置するプラズマアクチュエータ１の個数は３個でなくてもよい。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、各プラズマアクチュエータ１に所定の電圧値（例えば上記の最大振幅Ｖｍ）の交流電圧Ｖを印加した状態で計測されるプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成することが可能である。
このように構成する場合、検知装置８は、個々のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉをそれぞれ個別に監視するように構成される。
このように構成する場合、検知装置８は、個々のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉをそれぞれ個別に監視するように構成される。
一方、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０では、プラズマアクチュエータ１を複数備えることを利用して、以下のように構成することも可能である。
すなわち、上記のように物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って物体１００の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータ１にそれぞれ所定の電圧値の交流電圧Ａを印加した状態でそれぞれ計測される各プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉのうち、ある時点での単数又は複数のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値が、当該時点での他のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成することが可能である。
すなわち、上記のように物体１００の表面上を気流Ａが流れる方向に沿って物体１００の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータ１にそれぞれ所定の電圧値の交流電圧Ａを印加した状態でそれぞれ計測される各プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉのうち、ある時点での単数又は複数のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値が、当該時点での他のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成することが可能である。
以下、具体的に説明する。なお、以下、各プラズマアクチュエータ１の消費電力ｐを計測する場合について説明するが、各プラズマアクチュエータ１の電流値ｉを計測するように構成してもよい。
物体１００の表面部分に配置された各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの消費電力ｐａ、ｐｂ、ｐｃはそれぞれ、第１の実施形態の場合（図５参照）と同様に、各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが配置された各位置で物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面に付着している場合には、図９のγで表される部分に示されるように、それらの消費電力ｐａ、ｐｂ、ｐｃはほぼ一定になり、あるいは変化するとしても緩やかに変化する状態になる。
物体１００の表面部分に配置された各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの消費電力ｐａ、ｐｂ、ｐｃはそれぞれ、第１の実施形態の場合（図５参照）と同様に、各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが配置された各位置で物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面に付着している場合には、図９のγで表される部分に示されるように、それらの消費電力ｐａ、ｐｂ、ｐｃはほぼ一定になり、あるいは変化するとしても緩やかに変化する状態になる。
そして、この状態で、例えば図８に示すように、プラズマアクチュエータ１Ｃの位置で気流Ａが物体１００の表面から剥離すると、図９のδで表される部分に示されるように、プラズマアクチュエータ１Ｃの消費電力ｐｃが激しく変動するようになる場合がある。
それに対し、図８に示すように、他のプラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの各位置で気流Ａが物体１００の表面に付着した状態のままであると、各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂは一定のままであり、あるいは変化するとしても緩やかに変化する状態のままである。
それに対し、図８に示すように、他のプラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの各位置で気流Ａが物体１００の表面に付着した状態のままであると、各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂは一定のままであり、あるいは変化するとしても緩やかに変化する状態のままである。
そのため、この場合、ある時点（例えば図９におけるｔ０参照）でのプラズマアクチュエータ１Ｃの消費電力ｐｃの時間的変化率の絶対値と、同じ時点での他のプラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂの時間的変化率の絶対値とを比較すると、プラズマアクチュエータ１Ｃの消費電力ｐｃの時間的変化率の絶対値の方が各プラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂの時間的変化率の絶対値よりも格段に大きくなる。
そのため、上記のように、ある時点のプラズマアクチュエータ１Ｃの消費電力ｐｃの時間的変化率の絶対値が、同じ時点での他のプラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成することで、気流Ａの剥離を確実に検知することが可能となる。
そのため、上記のように、ある時点のプラズマアクチュエータ１Ｃの消費電力ｐｃの時間的変化率の絶対値が、同じ時点での他のプラズマアクチュエータ１Ａ、１Ｂの消費電力ｐａ、ｐｂの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知するように構成することで、気流Ａの剥離を確実に検知することが可能となる。
なお、図８では、プラズマアクチュエータ１Ｃの位置のみで気流Ａが物体１００の表面から剥離した場合を示したが、例えばプラズマアクチュエータ１Ｂ、１Ｃの両方の位置で気流Ａが物体１００の表面から同時に剥離した場合には、例えば図１０に示すように、他のプラズマアクチュエータ１Ａの消費電力ｐａはほぼ一定あるいは緩やかに変化する状態のままであるが、プラズマアクチュエータ１Ｂ、１Ｃの消費電力ｐｂ、ｐｃが激しく変動する状態になる。
そのため、ある時点（例えば図１０におけるｔ１参照）でのプラズマアクチュエータ１Ｂ、１Ｃの消費電力ｐｂ、ｐｃの時間的変化率の絶対値と、同じ時点での他のプラズマアクチュエータ１Ａの消費電力ｐａの時間的変化率の絶対値とを比較することで、気流Ａの剥離を確実に検知することができる。
そのため、ある時点（例えば図１０におけるｔ１参照）でのプラズマアクチュエータ１Ｂ、１Ｃの消費電力ｐｂ、ｐｃの時間的変化率の絶対値と、同じ時点での他のプラズマアクチュエータ１Ａの消費電力ｐａの時間的変化率の絶対値とを比較することで、気流Ａの剥離を確実に検知することができる。
以上のように、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０によれば、各プラズマアクチュエータ１での消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率（時間的変化率の絶対値）を監視するだけで、物体１００の表面上を流れる気流Ａが物体１００の表面から剥離したか否かを検知することが可能となる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０によれば、新たに物体１００に流速センサや圧力センサ等のセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなく物体１００の表面から気流Ａが剥離したか否かを的確に検知することが可能となる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０によれば、新たに物体１００に流速センサや圧力センサ等のセンサを取り付けたり既設のセンサを用いたりすることなく物体１００の表面から気流Ａが剥離したか否かを的確に検知することが可能となる。
［気流の剥離位置検知方法及びシステム］
また、上記の説明から分かるように、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０を用いれば、どのプラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面から剥離したか（図８の例ではプラズマアクチュエータ１Ｃの位置）を検知することができる。
すなわち、ある時点でのプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値が、当該時点での他のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、そのプラズマアクチュエータ１（すなわち上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０を用いて気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となったプラズマアクチュエータ１）が配置されている物体１００の表面の位置で、気流Ａが物体１００の表面から剥離していると検知することができる。
また、上記の説明から分かるように、本実施形態に係る気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０を用いれば、どのプラズマアクチュエータ１の位置で気流Ａが物体１００の表面から剥離したか（図８の例ではプラズマアクチュエータ１Ｃの位置）を検知することができる。
すなわち、ある時点でのプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値が、当該時点での他のプラズマアクチュエータ１の消費電力ｐや電流値ｉの時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、そのプラズマアクチュエータ１（すなわち上記の気流の剥離検知方法や気流の剥離検知システム２０を用いて気流Ａが物体１００の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となったプラズマアクチュエータ１）が配置されている物体１００の表面の位置で、気流Ａが物体１００の表面から剥離していると検知することができる。
そのため、本実施形態に係る気流の剥離検知方法を用いて気流の剥離位置検知をも行うことができる（気流の剥離位置検知方法）。また、本実施形態に係る気流の剥離検知システム２０は気流の剥離位置検知システムとしても機能するようになっている。
そして、このように構成することで、気流Ａが物体１００の表面から剥離した位置を、他のセンサを用いることなく複数のプラズマアクチュエータ１だけを用いて的確に検知することが可能となる。
なお、気流の剥離位置検知システム２０における気流Ａの剥離位置の検知は、上記の検知装置８（図８参照）が行うように構成してもよく、検知装置８とは別の装置で検知するように構成してもよい。
そして、このように構成することで、気流Ａが物体１００の表面から剥離した位置を、他のセンサを用いることなく複数のプラズマアクチュエータ１だけを用いて的確に検知することが可能となる。
なお、気流の剥離位置検知システム２０における気流Ａの剥離位置の検知は、上記の検知装置８（図８参照）が行うように構成してもよく、検知装置８とは別の装置で検知するように構成してもよい。
なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
１ プラズマアクチュエータ
７、８ 検知装置
１０、２０ 気流の剥離検知システム、気流の剥離位置検知システム
１００ 物体、翼
１０１ 航空機
Ａ 気流
ｉ 電流値
ｔ０、ｔ１ 時点
ｐ 消費電力
Ｖｍ 最大振幅（所定の電圧値）
７、８ 検知装置
１０、２０ 気流の剥離検知システム、気流の剥離位置検知システム
１００ 物体、翼
１０１ 航空機
Ａ 気流
ｉ 電流値
ｔ０、ｔ１ 時点
ｐ 消費電力
Ｖｍ 最大振幅（所定の電圧値）
Claims (8)
- 物体の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータに所定の電圧値の交流電圧を印加した状態で計測される前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離検知方法。
- 物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータにそれぞれ所定の電圧値の交流電圧を印加した状態でそれぞれ計測される前記各プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値のうち、ある時点での単数又は複数の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が、当該時点での他の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離検知方法。
- 前記物体は、航空機の翼であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気流の剥離検知方法。
- 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の気流の剥離検知方法を用い、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となった前記プラズマアクチュエータの位置で前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離位置検知方法。
- 物体の表面部分に配置されたプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、前記プラズマアクチュエータに所定の電圧値の交流電圧を印加した状態で計測される前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離検知システム。 - 物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に配置された複数のプラズマアクチュエータと、
前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離しているか否かを検知する検知装置と、
を備え、
前記検知装置は、物体の表面上を気流が流れる方向に沿って前記物体の表面部分に複数配置されたプラズマアクチュエータにそれぞれ所定の電圧値の交流電圧を印加した状態でそれぞれ計測される前記各プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値のうち、ある時点での単数又は複数の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値が、当該時点での他の前記プラズマアクチュエータの消費電力又は電流値の消費電力又は電流値の時間的変化率の絶対値に比べて所定値以上になった場合に、前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離検知システム。 - 前記物体は、航空機の翼であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の気流の剥離検知システム。
- 請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の気流の剥離検知システムを備え、
前記気流の剥離検知システムの前記検知装置が前記物体の表面上を流れる前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知した際に検知の対象となった前記プラズマアクチュエータの位置で前記気流が前記物体の表面から剥離したことを検知する気流の剥離位置検知システム。
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