次世代の気流制御デバイスとして期待されるプラズマアクチュエータですが, まだ旅客機などに載せて空気抵抗を減らせるほどの強いイオン風を発生させることができず, 性能の飛躍的な向上が求められています. プラズマアクチュエータの性能を向上させるためにはイオン風が発生するメカニズムを明らかにし, 強いイオン風を誘起することができる電極や誘電体の配置の仕方や素材, 印加する電圧の波形を工夫することが求められます. 私たちの研究室では, プラズマアクチュエータにおける放電現象のレベルからイオン風が発生するまでの過程を一貫して計算できる数値シミュレーションモデルの開発に取り組み, 性能向上の鍵を握る物理現象を明らかにすることを目的とした研究を行っています.

数値シミュレーションで得られた知見に基づき, 飛躍的な性能向上を実現する新しいプラズマアクチュエータを提案し, その実証実験にも取り組んでいます. 私たちの研究室では, イオン風の発生に適した駆動用電源の開発や, 誘電体表面上の電荷の挙動を解析する手法を用いたプラズマアクチュエータの電気的特性の解明をテーマとしています. また, 粒子画像流速測定法によるプラズマアクチュエータの流体力学的特性の評価に関する実験を行っています. 放電工学的側面・流体力学的側面の双方からの解析を通して, これまでにない革新的なプラズマアクチュエータの開発を目指しています.

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は高電圧 (通常 10 kV 以上) を印加する必要があり, 高圧電源の使用が不可欠です. 高圧電源は扱いが難しいため, 実用化するためには低い電圧でも駆動できる扱いやすいプラズマアクチュエータを開発する必要があります. 私たちの研究室では, 従来は単一で用いられてきた２枚の電極で１組のプラズマアクチュエータ素子を小型化し, それを多数並べることで大幅な駆動電圧の低減が可能であることを示しました. 現在は, この手法を用いて素子の更なる小型化・高集積化をすることで数百ボルト程度の電圧で駆動可能なプラズマアクチュエータの開発に向けた研究に取り組んでいます. 実用的なプラズマアクチュエータを開発し, 電気自動車や電動航空機への搭載を可能にすることで空力性能を大幅に向上させる能動的気流制御技術の確立に向けた研究を進めています.