(57)【要約】【課題】  ワイヤ式プラズマアクチュエータの絶縁層の厚さおよびチップクリアランスに存在する空気層の厚さも加味して、最適な印加電圧及び周波数を設定することにより、必要最小限の消費電力で流体機械のチップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高める。【解決手段】  作動流体が漏洩するのを防止するワイヤ式プラズマアクチュエータ１は、タービン動翼の外周を覆うケーシング２のチップ側壁面内に設置され、リング状の絶縁材料３に絶縁被覆導電ワイヤ４を埋め込んだ内部構造を採用している。ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、入口側、出口側の双方において直角形状あるいは曲面形状とするとともに、絶縁被覆導電ワイヤ４に印加するパルス電圧の電圧値及び周波数、そして、ブレード外端形状及び前記絶縁被覆導電ワイヤにおける絶縁層の厚さで定まる電圧勾配（kV/ms）を、プラズマ放電がコロナ型放電を維持するように選定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するブレードの外端とケーシング内周面との間に形成されるチップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置であって、
前記ケーシング内周面のブレード外端に対向する位置に、曲面状の凹部を設け、凹部に配置した絶縁被覆導電ワイヤにパルス電圧を印加するとともに、前記ブレード外端をアースすることにより、前記絶縁被覆導電ワイヤ内部の導線と前記ブレード外端との間でプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電に伴う誘起気流により、前記チップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置において、
前記ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、入口側、出口側の双方において直角形状あるいは曲面形状とするとともに、前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧波形で定まる電圧勾配（dv/dt）を、ブレード外端形状及び前記絶縁被覆導電ワイヤにおける絶縁層の厚さに基づいて選定し、前記プラズマ放電がストリーマ型放電に遷移する直前の状態でコロナ型放電を維持するようにしたことを特徴とする流体機械用圧力損失低減装置。
【請求項２】
前記ブレードの曲率形状に応じて、前記ブレード外端形状を直角形状あるいは曲面形状としたことを特徴とする請求項１に記載の流体機械用圧力損失低減装置。
【請求項３】
前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧勾配の少なくともひとつを、前記ブレードの入口側、出口側の差圧が最小となるようにフィードバックする制御器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体機械用圧力損失低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械用の圧力損失低減装置に関し、特に、流体機械のチップクリアランスを介して漏洩する作動流体の圧力損失を効果的に低減する圧力損失低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空用ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどの流体機械で採用されている圧縮機翼列やタービン翼列においては、各翼の先端とケーシングとの間に、干渉を防止するための隙間（チップクリアランス）が設けられている。このため、翼の正圧面側と負圧面側の圧力差によって、チップクリアランスを通過する漏れ流れが発生し、チップクリアランスを通過した後、主流との干渉により翼負圧面側に巻き上がって渦（以下、漏れ渦という。）を形成し、翼列の空気力学的性能を大きく低下させる原因となる。
【０００３】
チップクリアランスを小さくするほど、漏れ渦による損失を低減することができ、高い効率が得られる。しかし、タービン翼列が回転することによる軸偏心や、高温の作動流体による熱膨張も考慮すると、チップクリアランスの大きさは１ mm程度が限度となる。このようなチップクリアランスを経由する漏れ渦による損失は、タービン翼列の場合、全体の損失の２０％〜４０％にも及ぶ。このため、ブレード上流に平板、翼型、あるいは、キャビティーを設ける等、この損失を低減するための様々な技術が提案されている。
【０００４】
下記特許文献１には、タービンブレードの端部から圧縮空気をチップクリアランスに向けて噴射させ、ブレードを高温から保護するとともに、漏れ渦を低減するためのプレートを設けることにより、最適なチップクリアランスを維持することが示されている。
【０００５】
下記特許文献２には、タービンブレード先端との間でチップクリアランスを形成するケーシングの内部に、ワイヤ式プラズマアクチュエータを埋設したリング型プラズマアクチュエータを組み込み、パルス電圧を印加し、プラズマ放電に伴って発生する誘起流により、漏れ渦を抑止することが示されている。
【０００６】
下記非特許文献１には、チップクリアランス内の流れの可視化と翼列出口での圧力測定によって、タービン翼列の先端にプラズマアクチュエータを設置した場合の効果が示されている。このプラズマアクチュエータによって漏れ渦の発生を抑制し、損失を９％低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４１７８５４５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０３０９４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Proceeding of ASME Turbo Expo 2008（６月９日〜１３日）:Power for Land、Sea and Air GT2008-50703 （Daniel K. Van Ness II等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１のプラズマアクチュエータは、プラズマアクチュエータをブレード先端に装着して誘起流を発生させることにより、必要最小限のチップクリアランスを維持しながら、漏れ渦の発生を抑止し、圧力損失を効果的に低減することが期待できる。
しかし、航空用ジェットエンジンや発電用ガスタービンなどの流体機械に実装する場合、プラズマアクチュエータを駆動するために、回転するタービン翼列の先端まで電力を供給する必要がある。このため、高温下でも、高速回転に長期にわたって耐え得るロータリースイッチ等を採用せざるを得ず、構造が非常に複雑でコストも高くなるばかりか、故障の際の交換も困難でメンテナンス費用の高騰を招く。
【００１０】
これに対し、特許文献２に示されたワイヤ式プラズマアクチュエータを図１に示す。
ワイヤ式プラズマアクチュエータ１は、タービン動翼の外周を覆うケーシング２のチップ側壁面内に設置されるもので、リング状の絶縁材料３に絶縁被覆導電ワイヤ４を埋め込んだ内部構造を採用している。なお、タービン動翼・軸・ケーシングなどの風洞全体は金属製であり，全体をグランド電極として接地する。これにより、絶縁被覆導電ワイヤ４に高周波・高電圧を加えることによって、絶縁被覆導電ワイヤ４とタービン動翼先端の間のプラズマによって発生する誘起流を利用して、漏れ流れを抑制することができる。
【００１１】
このようなワイヤ式プラズマアクチュエータは、次のような優れた特徴を備えている。
（１）絶縁コーティングされた導電性ワイヤをプラズマアクチュエータの材料として用いることにより、シート状プラズマアクチュエータと比較して、より柔軟で、３次元形状の筺体に装着できる。
（２）装着する筺体が金属の場合、筺体自体を接地側の電極とすることで安全性を確保できるうえ、高電圧を印加する電極は予め絶縁コーティングされているため、短絡の危険性を著しく低減できる。
（３）絶縁コーティングされた導電ワイヤについて、外側を部分的に導電性塗料を塗布するか、プラズマ生成を阻害する絶縁被膜を設置することにより、一方向流れを生成することができる。
（４）筺体とは別に絶縁被覆されていない導電性ワイヤを表面電極として用いれば、３次元空間で様々な場所で噴流を誘起できる。これは絶縁性の筺体にも応用できる。
例えば一部分だけに流れを誘起したい場合は、絶縁コーティングされたワイヤと絶縁被覆されていない導電性ワイヤの距離を最小化することで、誘電体バリア放電を発生させることができる。
一方、誘電体バリア放電及びこれに伴い流れを誘起することが望ましくない場合には、それぞれのワイヤの距離を離すことで解決でき、また結果として静電容量が減少するため、プラズマアクチュエータの駆動電力を低減することも可能になる。
（５）端面には高電圧印加用の電極になっているワイヤが剥き出しになっており、短絡してしまう可能性があるため、端面の絶縁処理が必要であるが、例えばシリコンゴムや絶縁性塗料、レジストなどを端面に塗布するという低コストの処理だけで、短絡を確実に防ぐことができる。
これまでの２次元シート状のプラズマアクチュエータでは、端面は切り取ったエッジの長さになるのに対し、ワイヤ式プラズマアクチュエータでは、導電性ワイヤと絶縁コーティングの断面積だけであり、シートに比べて端面処理を行うべき面積が圧倒的に少ない。
（６）フラッシュマウントを維持するために、電極の埋め込みを考えた場合、面積がきわめて小さいため、絶縁コーティングが容易であり、破損した場合でも容易に交換でき、メンテナンスコストの低減を図ることができる。
【００１２】
しかし、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させるには、当然、これを駆動するための電力が必要となり、エネルギー効率をさらに高めるためには、最小の電力で、チップクリアランスで発生する漏れ損失を最大限低減する必要がある。
一方、流体の流れ方向に沿うチップクリアランスの間隙は、タービン動翼のチップ形状により決定されることから、タービン動翼のチップ形状による漏れ損失の影響を考慮する必要がある。タービン動翼のチップ形状としては、図２に示すように、タービン軸を含む断面でみて、ａ；先端及び後端をともに平坦面が直角に交わる直角形状としたもの（以下、ＦＦ型）、ｂ、ｃ；一方を直角形状、他方を曲面形状（以下、ＦＲ型あるいはＲＦ型）、ｄ；先端及び後端を曲面形状（以下、ＲＲ型）としたものなどが挙げられる。
【００１３】
ＦＦ型では、タービン軸方向からみてチップクリアランスは、ほぼ不変であるが、曲面形状を含む場合、タービンの先端部側では、下流に沿ってチップクリアランスが徐々に減少し、後端部側では下流に沿ってチップクリアランスが徐々に増大することになる。
プラズマ放電に伴って発生する誘起流の強さや持続性は、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧、周波数、電圧波形で定まる電圧勾配、そして、ワイヤ式プラズマアクチュエータと接地電極間の間隙やその形状、さらにワイヤ式プラズマアクチュエータの絶縁層の厚さ、チップクリアランスに存在する空気層の厚さが強く影響する。
したがって、チップクリアランスの変化に応じて、最適な強さ、持続性を備えた誘起流が得られるよう、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧、周波数を選定することで、必要最小限の電力で、チップクリアランスで発生する漏れ損失を効率よく低減することが可能となる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、こうしたワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を踏まえ、ガスタービン等の流体機械において、チップクリアランスを形成するケーシング側に、ワイヤ式プラズマアクチュエータを配置する際、タービンブレードのチップ形状を選択するとともに、使用するワイヤ式プラズマアクチュエータの絶縁層の厚さも加味して、最適な印加電圧、周波数及び電圧勾配を設定することにより、必要最小限の電力でチップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題を解決するため、本発明の流体機械用圧力損失低減装置においては、次のような技術的手段を講じた。
すなわち、回転するブレードの外端とケーシング内周面との間に形成されるチップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置であって、前記ケーシング内周面のブレード外端に対向する位置に、曲面状の凹部を設け、凹部に配置した絶縁被覆導電ワイヤにパルス電圧を印加するとともに、前記ブレード外端をアースすることにより、前記絶縁被覆導電ワイヤと前記ブレード外端との間でプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電に伴う誘起気流により、前記チップクリアランスを経由して作動流体が漏洩するのを防止する流体機械用圧力損失低減装置において、前記ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、入口側、出口側の双方において直角形状あるいは曲面形状とするとともに、前記パルス電圧の電圧値、周波数及び電圧波形で定まる電圧勾配（dv/dt）を、ブレード外端形状及び前記絶縁被覆導電ワイヤにおける絶縁層の厚さに基づいて選定し、前記プラズマ放電がストリーマ型放電に遷移する直前の状態でコロナ型放電を維持するようにした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を活かした上で、必要最小限の消費電力で、プラズマ放電が臨界的なコロナ型放電を維持することで、チップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、タービンブレードの外周を覆うケーシングに設けたワイヤ式プラズマアクチュエータの構造を示す図である。
【図２】図２は、タービンブレードのチップ形状のバリエーションを示す図である。
【図３】図３は、基礎実験装置の概要を示す図である。
【図４】図４は、ワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動時における各先端形状での絶対速度分布を示す。
【図５】図５は、ワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動時における絶対速度の垂直方向（ｚ軸方向）分布を示す図である。
【図６】図６は、印加電圧Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させた場合の各先端形状での絶対速度分布をに示す図である。
【図７】図７は、印加電圧Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータを作動させた場合のチップクリアランス出口下流における絶対速度分布を示す図である。
【図８】図８は、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合の各先端形状での絶対速度分布を図８に示す。
【図９】図９は、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合のチップクリアランス出口下流における絶対速度分布を示す図である。
【図１０】図１０は、流れ方向速度成分を積分して算出した漏れ流れの流量を示す図である。
【図１１】図１１は、ＦＦ型チップ形状におけるプラズマ発生状態を示す図である。
【図１２】図１２は、ＲＲ型チップ形状におけるプラズマ発生状態を示す図である。
【図１３】図１３は、中間部に複数の凹部を形成したブレード外端形状のバリエーションを示す図である。
【図１４】図１４は、フィードバック制御を行うための制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
ワイヤ式プラズマアクチュエータの構成自体は図１と同様である。
【００１９】
まず、チップクリアランス形状とワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧及び周波数の関係を調べるため、平板を用いた基礎実験装置の概要を図３に示す。吹き出し式小型風洞に接続されたアクリル製の測定部５（流路の幅200mm × 高さ200mm × 長さ500mm）の中央にアルミ平板６を設置し、下側に1mmの隙間を空けて、チップクリアランスを通る漏れ流れを再現する。
なお、流路面積が少なすぎて風洞の流れが不安定になることを防止するため、平板上流の上側にスリット７を設けて流れをバイパスさせている。
送風機の回転数を900rpmに設定し、チップクリアランスを通過する流速10 m/s程度の漏れ流れを作り出す。
【００２０】
下側の壁面には、外径1.3mmの絶縁被覆導電ワイヤを流れ方向に100本ほど埋め込んだワイヤ式プラズマアクチュエータ８（設置面積140mm × 140mm）を設置する。高電圧高周波パルス電源（PSI製、PG-1040F）を用い、ワイヤ式プラズマアクチュエータ８とアルミ平板６の先端との間にプラズマを生成する。
印加するパルス電圧（ピーク値からピーク値までの振幅）Vp-pを12.8kVに固定し、周波数をf = 10kHz 〜 16kHzの範囲で変化することで、投入電力を増加させる。
【００２１】
平板先端付近のx-z平面の速度場を、粒子画像流速測定法（PIV）により計測する。PIV計測は、風洞上流から注入したオイルミストを、測定部下流に設置したダブルパルスYAGレーザー（Litron Lasers製、NANO S 30-15 PIV、15mJ/pulse）により可視化し、測定部上部に設置したクロスコリレーションカメラ９（TSI製、PIV CAM 13-8）により撮影する。瞬時速度分布を２００回測定して、平均値を算出する。
【００２２】
今回の実験で用いた平板の先端形状は、図２（ａ）〜（ｄ）と同様に、ＦＦ型、ＦＲ型、ＲＦ型、ＲＲ型方の４種類を用いた。
アルミ平板６の厚みはいずれも10mmで、隙間は1mmである。
これまでの実験から、直角端（Ｆ）の角には電界が集中して強いプラズマが発生することが分かっている。曲面端（Ｒ）には、丸みのために電界の集中が緩和されて弱いプラズマができると考えられる。
【００２３】
まず、先端形状自体が漏れ流れに及ぼす影響を明らかにする。図４（ａ）〜（ｄ）にワイヤ式プラズマアクチュエータ４を非作動とした状態における各先端形状での絶対速度分布を示す。
チップクリアランス出口からx = 15mm付近までの範囲では、速度勾配が大きい剪断流れのためＰＩＶ測定の信頼性が低い。x = 20mmより下流では、どの先端形状でも、流速10 m/s程度の漏れ流れが徐々に広がっていく様子が観察される。
先端形状の違いによる変化を定量的に観察するため、チップクリアランス出口から28.6mm下流（図４において矢印で示した地点）における絶対速度の垂直方向（ｚ軸方向）分布を図５に示す。
【００２４】
白抜きの丸で示すＦＦ型と、黒塗りの三角で示すＲＲ型の速度分布はほぼ同じで、最大流速はともに8.3m/sである。
黒塗りの正方形で示すＦＲ型の漏れ流れは、他の分布よりも、下側壁面近くの流速が、最大流速8.9m/sと高くなり、垂直方向位置z = 0.6 〜 4mmでの流速は低く、上側への広がりが少ない。
白抜きの正方形で示すＲＦ型の漏れ流れは、他よりもz = 1.5 〜 4.5mmでの流速が高く、上側への広がりが大きい。
速度を垂直方向に積分して得られた流量は、ＦＦ型とＲＲ型を基準とすると、ＦＲ型が７％少なく、ＦＲ型が８％多くなっている。
以上の結果から、ワイヤ式プラズマアクチュエータ４を非作動とした場合、先端形状の違いが漏れ流れに及ぼす影響は全体的に少なく、特に上流側と下流側が同形のＦＦ型とＲＲ型では、ほぼ同じ漏れ流れが得られている。
【００２５】
次にVp-p 12.8kV、入力周波数14kHzで、ワイヤ式プラズマアクチュエータ４を作動させ、漏れ流れ制御を行った場合の各先端形状での絶対速度分布を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。
図６（ａ）に示すように、ＦＦ型での実験では、この周波数で最も高い制御効果が得られている。次に漏れ低減効果があるのは、図６（ｄ）のＲＲ型であり、図６（ｂ）のＦＲ型、図５（ｃ）のＦＲ型では、Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzの条件下で大きな効果が得られていない。
【００２６】
図７に、チップクリアランス出口から28.6mm下流（図６において矢印で示した地点）での絶対速度分布を示す。なお、図中の黒丸でプロットしたものは、ＦＦ型で制御なし場合の速度分布である。
ＦＦ型での制御では、最大流速を8.3m/sから1.4m/sまで抑制できている（８３%の減少）。ＲＲ型では最大流速が６６％減少するが、ＦＲ型とＦＲ型では５０％程度の減少にとどまっている。
この結果から、Vp-p 12.8kV、入力周波数14kHzの条件下では、ＦＦ型やＲＲ型のように、上流側と下流側で先端形状を同形にしたほうが、ＦＲ型やＦＲ型のように、先端形状が異なるより、より高い漏れ低減効果が得られることが分かる。さらに、ＲＲ型のように丸い形状よりも、ＦＦ型のように角のある形状のほうが高い効果を得られる。
【００２７】
一方、ワイヤ式プラズマアクチュエータへの入力周波数を16kHzまで上昇させた場合の各先端形状での絶対速度分布を図８に示す。この周波数では、使用した電源の出力が限界に近い条件になっている。
この条件では、図８（ｄ）のＲＲ型で、最も顕著な制御効果が得られ、漏れ流れをほぼ完全に止めることに成功している。
図８（ａ）のＦＦ型では、14kHzの時よりも制御効果が低下している。さらに、図８（ｂ）のＦＲ型と図８（ｃ）のＦＲ型でも、14kHzのときより制御効果がわずかに減っている。
【００２８】
図９に、チップクリアランス出口から28.6mm下流（図８において矢印で示した地点）
での絶対速度分布を示す。ＲＲ型での制御では、最大流速を0.4m/sまで抑制し、９５％の低減効果が得られている。ＦＦ型では最大流速が3.2m/s、６２％の低減効果が得られており、14kHzでの８３％低減と比べて、低減効果が低下している。
一方、ＦＲ型とＲＦ型ではともに、低減効果が４７％程度であり、14kHzのときよりも数％低減効果が低下している。
【００２９】
図１０に、x = 28.6mmでの流れ方向速度成分を積分して算出した漏れ流れの流量をまとめる。図中の破線は、基準となるＦＦ型でワイヤ式プラズマアクチュエータ非作動の場合の流量である。入力周波10kHzでは、ＦＦ型では流量が約２０％減少するが、他では制御効果がみられない。
一方、14kHzまでは、どの形状でも周波数の増加とともに流量が減少するが、ＦＦ型が最も効果が高く、14kHzでは流量が８０％減少する。
その他は、ＲＲ型では５４％減少、ＦＲ型とＲＦ型では３５％の減少である。
【００３０】
周波数が15kHzに高まると、流量が増加し、ワイヤ式プラズマアクチュエータが漏れ流れ低減効果が弱くなる。
さらに周波数が高い16kHzでの流量は、ＦＦ型では少し増加、ＦＲ型とＲＦ型では横ばいなのに対し、ＲＲ型では大幅に減少し（流量９６％減少）、漏れ流れをほぼ完全に抑えている。ＦＲ型とＲＦ型は、どの周波数でも漏れ流れ低減効果が低めである。
この理由は、入口側と出口側の端面の形が異なる場合には、入口側あるいは出口側に位置する、角のある端面（Ｆ側）にプラズマが集中して発生し、曲面形状側ではプラズマが発生せず、流れ方向からみてプラズマにより発生する誘起流が局所的となり、漏れ流れ抑制効果を十分に発揮できなかったことが挙げられる。
【００３１】
また、ＦＦ型で14kHzを超えると漏れ流れ低減効果が弱まる理由として、放電モードの変化が挙げられる。電極間のプラズマ放電では、印加電圧のピーク値、周波数及び印加電圧の波形で定まる電圧勾配、そして、電極間の距離及び絶縁層の厚さにより、放電の態様が変化する。
すなわち、印加電圧のピーク値、周波数、電圧勾配が増大するにつれ、そして、電極間の距離、絶縁層の厚さが減少するにつれ、プラズマ放電は、持続的で安定したコロナ型放電から断続的で不安定なストリーマ型放電に遷移する。
したがって、プラズマ放電をストリーマ型放電に遷移する直前の状態に維持することで、最も強力で、持続的なコロナ放電を維持することが可能となり、最も効率よく、強力な誘起流を持続的に発生させることが可能となる。
なお、電圧勾配は、電圧波形が正弦波の場合、ピーク電圧値、周波数に比例し、矩形波や三角波などでは、電圧勾配を回路設計により、調整することができるものである。
一般的なシート型プラズマアクチュエータの数値解析で、電圧一定で周波数を増加させていくと、電圧勾配が300kV/msを超える付近で、正電圧時のプラズマがコロナ型放電からストリーマ型放電に遷移し、誘起される流体力が一時的に減少することが報告されている。電圧Vp-p = 12.8kV、周波数f = 14kHzでの電圧勾配を推算すると約350kV/msとなり、放電現象がストリーマ型放電に遷移したことに伴って、生成された荷電粒子が電界から受ける力（流体力）が減少し、漏れ流れ低減効果が低下したものと推測される。
なお、16kHzの高周波数で、ＦＦ型よりもＲＲ型のほうが高い効果が得られた理由としては、角のある形状よりも丸い形状のほうが、コロナ型放電モードからストリーマ型放電へ緩やかに遷移し、安定した強い放電を得られることが分かる。
【００３２】
以上の実験結果から、タービン動翼のチップ形状については、図１１に示すようなＦＦ型、あるいは、図１２に示すようなＲＲ型を選択する。
前述のように、ＦＦ型はＲＲ型に比べて、低い周波数、すなわち、緩やかな電圧勾配で高い漏れ流れ低減効果が得られるので、反動タイプのタービン翼のようにブレードの曲率が小さく、漏れ流れが比較的少ないタービン翼に好適である。
一方、ＲＲ型で高い漏れ流れ低減効果を得るためには、ＦＦ型に比べて周波数を高くして電圧勾配を急峻にする必要となるが、衝動タイプのタービン翼のように、ブレードの曲率が大きく、漏れ流れが比較的多いタービン翼に適用すれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータに消費する電力と比較しても高いエネルギー効率を得ることができる。
【００３３】
さらに、図１３に示すように、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様に応じて、ＦＦ型あるいはＲＲ型をベースに、先端側と後端側の間に、凹部を複数形成した上で、最適な電圧勾配を選定するようにしてもよい。
すなわち、図１３（ａ）、（ｂ）は、ＦＦ型をベースに、中間部に、直角状端面を有する凹部を２段、３段形成したものであり、図１３（ｃ）、（ｄ）は、ＲＲ型をベースに、中間部に、曲面状の端面を有する凹部を２段、３段形成したものである。
このような構造を採用することにより、漏れ流れ方向に沿ってチップクリアランスに複数の直角端、あるいは、曲面を形成することができ、流れ方向からみて、コロナ型放電を維持したプラズマ放電により、発生する強力な誘起流を複数段発生させ、漏れ流れ低減効果をさらに高めることが可能となる。
なお、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様によっては、ＦＦ型に曲面状の中間凹部、ＲＲ型に直角状端面の中間凹部を組み合わせるようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、ガスタービンやジェットエンジンなどの仕様に応じて、ブレードの中心軸を含む断面からみたブレード外端形状を、ＦＦ型、ＲＲ型をベースに、図１１〜図１３のように選定し、それぞれに対し、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧値、周波数を選定し、それぞれについて、実機に基づく出力特性から、最大効率が得られる最適な電圧勾配を設定する。
【００３５】
ところで、ガスタービンやジェットエンジンなどでは，運転状況を把握するために、エンジン内部の各所で圧力や温度をモニタリングしている。
そこで、本発明を適用するにあたっては、予め、風洞実験により、ガスタービン、ジェットエンジンそれぞれの定格運転に合わせて、最適なブレード外端形状を選択する。その上で、図１４に示すように、タービン動翼の入口と出口の圧力値の差分（差圧）などの計測データを用いて、差圧が最小となり、エネルギー効率が最大となるよう、ワイヤ式プラズマアクチュエータに印加する電圧値、周波数、印加電圧の電圧波形の少なくともひとつを制御器により調整する。もちろん、実稼働中に制御器により随時フィードバック制御を行ってもよい。
これにより、ワイヤ式プラズマアクチュエータの消費電力とエネルギー効率改善を最適値にバランスさせることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明の流体機械用圧力損失低減装置によれば、ワイヤ式プラズマアクチュエータの優れた特徴を活かした上で、必要最小限の消費電力で、プラズマ放電がコロナ型放電を維持して、チップクリアランスで発生する漏れ損失の低減効果を最大限高めることが可能となるので、ガスタービンやジェットエンジンを始めとして、遠心圧縮機、ラジアルタービンなどの遠心型ターボ機械等の流体機械に広く採用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００３７】
１：ワイヤ式プラズマアクチュエータ
２：ケーシング
３：リング状絶縁材料
４：絶縁被覆導電ワイヤ
５：アクリル製測定部
６：アルミ平板
７：スリット
８：ワイヤ式プラズマアクチュエータ（基礎実験用）
９：クロスコリレーションカメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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