境界層遷移 Boundary Layer Transition ～環境負荷が少ない航空機実現へ～環境への負荷が少ない航空機を実現させるためには，航空機の軽量化と飛行時の抵抗軽減が必要不可欠である．本研究は，現在の航空機の全抵抗の50%を占めている翼表面摩擦抵抗を軽減させることで燃料消費量を節約しようとするものである．三次元境界層表面摩擦抵抗は，翼表面の空気の粒子が引きずられることにより生じる抵抗のことである．翼上の流れを見てみると，表面に速度が遅い非常に薄い層が存在する．これを境界層という．亜音速旅客機では造波抵抗を抑制する目的で，翼の前縁が胴体に垂直ではなく，ある角度を持って取り付けられている（後退翼）．後退翼面上の境界層では下図に示すように，圧力勾配の方向と主流の方向が異なるため，“横流れ”と称される速度成分が生じ，下図のようなねじれた境界層が発達する（三次元境界層）． Streamwise component Crossflow component wall Pressure gradient direction 境界層制御－選択的吸い込み制御航空機翼面上では境界層が層流から乱流へと遷移する．乱流境界層は層流境界層と比較して表面摩擦抵抗が10倍程度になるため，できるだけ層流境界層を維持したい．乱流境界層への遷移を抑制するように制御することを層流制御という．本研究は，上左図に示すように，後退翼面上スパン方向に一様な定在渦（横流れ渦）を再現した上で，その横流れ渦の低速領域のみを局所的に吸い込んで，乱流遷移を遅らせようというものである．これを “選択的吸い込み制御”と呼んでいる．一般的な吸い込み制御は，全ての場所で境界層を吸い込んでしまうが（一様吸い込み制御），それと比較すると制御に要するエネルギーは約1/3程度で済む．結果として最低でも全抵抗の約1.4%を減らすことに成功した．これは実際の成田～ロサンゼルス間の飛行で考えると，ドラム缶約16缶分の節約に換算される．このような研究により，経済的にも環境的にもやさしい航空機実現を目指している． Transdisciplinary Fluid Integration Research Center, Institute of Fluid Science, Tohoku University