エネルギ変換輸送工学研究室
Advanced Fluid Dynamics and Energy Transfer Lab.
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研究内容
宙返りするP51
宙返りするP51

プロペラの回転数とエレベータ操作のみをユーザーにより与えた結果(宙返り飛行)を示しています.デジタルフライトの第一歩として6自由度を有するフライトシミュレーションです.プロペラの回転により右側方向に流されているのを確認することができます.将来的には飛行機に搭載されたPCにより飛行ルートを計算し,その計算時間を飛行機の到達時間より速くすることで,予測飛行(例えば前方の発生している乱気流に対し,避けるのか突っ込むのかを事前にシミュレーションしてしまう)が可能となります.

飛行モード変更するティルトローター
飛行モード変更するティルトローター

ティルトローターの代表機であるV22オスプレイの計算結果です.離陸時はヘリコプターモードで上昇し,その後エンジンナセルを前方へ倒すことにより飛行機モードへ変更されます.両者のメリットを併せた効率の良い航空機なのですが,離陸時に不安定となる要因が見られます.具体的には離陸直後のダウンウォッシュ(地上への気流の叩きつけ)が大きくなることが一つ,またヘリコプターモードから飛行機モードへの変更時に揚力のドロップが見られます.

鈴鹿GPシミュレーション
鈴鹿GPシミュレーション

GPマシンを鈴鹿サーキットで一周させた動画です.通常このような広範囲での計算を行う場合には,サーキット全体に計算格子を設置するためコストが増大してしまい現実的ではありません.本計算についてマシン周りのみを計算領域とし,その計算領域そのものをマシンの動きに合わせてサーキットを走らせています.またコーナーにおいて車体を傾けたりすることも可能であり,連続走行におけるマシンへの影響を調査することが可能となっています.

水泳シミュレーション
水泳シミュレーション
水泳シミュレーション

ドルフィンキック泳法における様子をシミュレーションしたものです.動画のようにスイマーの動きに合わせて計算格子を激しく動かしています.格子はバネ要素を複合することで安定性を保っています.またこの動きを与えた結果,水との相互作用により発生した推力を用いています.このデジタルスイマーにより、例えば膝の最大曲げ角度は60度が最適である等,シミュレーションによる提案も可能となっています.

https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5142422

ウイルス飛沫シミュレーション
ウイルス飛沫シミュレーション
ウイルス飛沫シミュレーション

一度の咳で発っせられる10万個のウイルス飛沫は,約1分間でその重いものはほぼ2m以内で落下します.しかし赤色で示される10μ以下のウイルス飛沫はその後も教室内を漂い続けおよそ20分後も教室内に存在しています.軽い飛沫の感染力は科学的にはっきりとは示されていませんが,これらのウイルス飛沫は換気等により室外へ排除すべきだと考えられます.このシミュレーションは漂うエアロゾルの動きの可視化に世界で初めて成功したものです.

左心室シミュレーション
左心室シミュレーション

左心房から流入した血液がポンプの役割をする左心室により,大動脈へ流出される様子をシミュレーションしたものです.本シミュレーションでは,左心室の収縮運動に加え,ひねり運動も考慮しているところに特徴があります.また肺の動きに合わせて心臓そのものも並進運動をしています.また心筋はプルキンエ線維と呼ばれる電気信号を伝える物質の配置により,非常に複雑な動きをしていますが,これらも計算に取り込んでおり,高精度な動きを再現しています.

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