【本学研究者情報】
〇流体科学研究所航空宇宙流体工学研究分野 准教授 焼野藍子
研究室ウェブサイト
【発表のポイント】
- 壁面境界層厚さのわずか1.0%という微細かつ不規則な表面粗さDMR（注1）を流線型模型の表面に施工し、遷移域（注2）の変化により最大43.6%の空力抵抗低減を世界で初めて実証しました。
- 「前縁部表面が滑らかなほど空気抵抗は減る」という80年来の流体工学の常識を覆す発見です。
- 東北大学流体科学研究所が保有する世界最大級の1m磁力支持天秤装置（注3）による支持干渉を完全に排除した精密測定や、高精度シミュレーション、オイルフロー可視化により、本効果は剥離抑制ではなく壁面摩擦抵抗そのものの抑制（注4）によるものであることを証明しました。
【概要】
1940年代以来、輸送機器の空力設計では「表面は滑らかなほど空気抵抗が小さくなる」という常識が80年近く信じられてきました。
東北大学流体科学研究所の焼野藍子准教授らの研究グループは、流線型模型の表面に目に見えないほど微細で不規則な粗さ（DMR: Distributed Micro-Roughness）を施すことで、空気抵抗を最大43.6%低減できることを世界で初めて実証しました。この精密な計測を実現したのが、同研究所が保有する世界最大級の「1m磁力支持天秤装置（MSBS）」です。磁力で模型を空中に浮揚させることで従来の風洞試験で不可避だった支持棒による気流の乱れを完全に排除し、微細な粗さがもたらす抵抗変化の精密な検出を可能にしました。さらに高解像シミュレーションとオイルフロー可視化により、この劇的な低減が剥離抑制ではなく「壁面摩擦抵抗そのものの抑制」によるものであることを定量的に証明しました。80年来の流体工学の常識を覆す本成果は、次世代省エネ技術の社会実装へ向けた大きな前進となります。
本研究成果は、2026年5月7日に、流体力学分野の国際学術誌Journal of Fluid Mechanicsに掲載されました。
図1. 東北大学流体科学研究所の1m磁力支持天秤装置（1m-MSBS）で浮揚された流線型模型
【用語解説】
注1. DMR（Distributed Micro-Roughness：分布マイクロ粗さ）：ミクロンサイズのランダムな微細凹凸を面全体に不規則に分布させた表面性状である。本研究では、38〜53 μmのガラスビーズによる凸面パターンおよびサンドブラスト加工による凹面パターンの２種類を使用した。従来の粗さ研究で問題とされてきた「乱流を促進する粗さ」とは異なり、DMRは特定の条件下で遷移を遅延させ摩擦抵抗を低減する、新たな概念の表面性状である。
注2. 遷移域：流体の流れ状態には、整然と層状に流れる「層流」と、乱れを伴う「乱流」がある。層流から乱流へと切り替わる過程の流れ域を「遷移域」という。層流は表面との摩擦が小さく低抵抗だが、ある速度を超えると乱流へと変わる。この切り替わりが起きる流れ域を「遷移域」という。乱流では摩擦抵抗が著しく増大するため、遷移をできる限り遅らせ層流状態を保つことが空力抵抗低減の核心となる。DMRはまさにこの遷移域の変化により、最大43.6%という劇的な抵抗低減効果を発揮する。
注3. 磁力支持天秤装置（Magnetic Suspension and Balance System：MSBS）：電磁力によって風洞内の試験模型を非接触で浮遊させ、支持干渉のない精密空力計測を実現する装置である。従来の風洞試験では模型を支えるための支持棒や支持ワイヤーが不可避であり、これらが気流を乱して計測精度を損なうという構造的な限界があった。MSBSはこの問題を根本的に解決する。東北大学流体科学研究所の1m-MSBSは有効断面直径1mという世界最大級の規模を誇り、大型模型での高精度計測を可能にする希少な研究設備である。
注4. 流れの剥離抑制ではなく摩擦抵抗低減：物体が空気中を動く際に生じる「空力抵抗」は、大きく「圧力抵抗」と「摩擦抵抗」の2つに分けられる。圧力抵抗は物体前後の圧力差に起因し、物体後方で気流が表面から離れる「剥離」が発生すると急増する。摩擦抵抗は物体表面を流れる空気の粘性によって生じる抵抗であり、流れが層流状態を保つほど小さくなる。本研究では、LES解析により圧力抵抗の保守的な上限値（Cp≈0.00021）を確立した。観測された抵抗低減量（ΔCD≈0.001）はこの上限値の約5倍であり、仮に剥離が完全に消滅したとしても観測された低減量の約20%しか説明できない。したがって、DMRによる抵抗低減の主因は剥離抑制ではなく、摩擦抵抗の低減であることが証明される。
【論文情報】
タイトル：DMR effect on drag reduction of a streamlined body measured by magnetic suspension and balance system
著者：焼野藍子*、奥泉寛之、猪熊建登、渡辺佳是
*責任著者：東北大学 流体科学研究所 准教授 焼野藍子
掲載誌：Journal of Fluid Mechanics
DOI：10.1017/jfm.2026.11520
掲載日：2026年5月7日
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学流体科学研究所
准教授 焼野 藍子
TEL: 022-217-5267
Email: aiko.yakeno*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学流体科学研究所
国際研究戦略室 広報担当
TEL: 022-217-5873
Email: ifs-koho*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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