Design methodology development and demonstration of morphing airfoil that passively and positively uses aerodynamic force

被动和主动利用气动力的变形翼型的设计方法开发和演示

• 批准号: 21H01527
• 负责人: 今村 太郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01527/
• 关键词: モーフィング技術; 空気力学; 構造力学; 航空機設計; モーフィング翼; 風洞試験技術; 流体構造連成解析; 低レイノルズ数流れ

本研究の目的は、申請者らが提案する「空気力を受動的かつ積極的に利用する新しいモーフィング翼型」について、先行研究で得た変形特性ならびに空力特性を踏まえ、より空力・構造の観点で優れた形状・機構を提案することである。以下に、2022年度に取り組んだ３項目についてまとめる。１）これまでは、風洞試験のみで、受動的モーフィング翼の研究を行ってきていた。本年度は、受動的モーフィング翼型の空力性能および変形特性を予測するための空力構造連成解析手法を構築した。構造ソルバーおよび空力ソルバーそれぞれで単独に解析を行い、両者の間で解析結果をやり取りする弱連成手法を用いて、受動的モーフィング翼型の変形を静的空力弾性問題として扱った。変形形状、揚力係数およびモーメント係数に関しては、Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程式を用いた場合は風洞実験と概ね一致する結果が得られた。２）構造ソルバーの解析精度を検証するために、受動的モーフィング翼型の変形特性を静荷重試験により定量的に評価する方法を確立した。無風状態でモーフィング模型にコード方向の集中荷重を加え、荷重変位直線と変形形状を取得した。荷重実験結果と解析結果の比較を通じて、構造ソルバーは高い精度でモーフィング模型の変形を予測できることが示された。３）モーフィング翼型周りのオイルフロー流れの解析を実施した。モーフィング翼型周りにおいても層流剥離泡の存在が明らかになった。４）これまでは後縁部分が変形する受動的モーフィング翼型検討してきたが、本年度は前縁部分も含めて変形する受動的モーフィング翼型を３形状ほど検討した。

Applicants ら は の purpose, this study proposed が す る を "empty 気 force by moving か つ positive に using す る new し い モ ー フ ィ ン グ airfoil" に つ い て, leading research で た - shape features な ら び に aerodynamic characteristics を tread ま え, よ り aerodynamic, structural の で 観 point れ た shape, institutions を proposal す る こ と で あ る. The following に, 2022 に takes the んだ group んだ3 project に に てまとめる てまとめる てまとめる てまとめる. 1) こ れ ま で は, wind tunnel test の み で, by moving モ ー フ ィ ン グ wing の を line っ て き て い た. は this year, by moving モ ー フ ィ ン グ airfoil aerodynamic performance の お よ び - shape features を be す る た め の aerodynamic structure into analytic technique を build し た. Tectonic ソ ル バ ー お よ び aerodynamic ソ ル バ ー そ れ ぞ れ で 単 line analytical を に い alone, struck between の で analytical results を や り take り す る weak are joined in technique を い て, by moving モ ー フ ィ ン グ airfoil の を static variations of aerodynamic 弾 sexual problems と し て Cha っ た. - shape, lift force coefficient お よ び モ ー メ ン ト coefficient に masato し て は, Reynolds Averaged Navier - Stokes (RANS) equations を い た occasions は wind tunnel be 験 と almost consistent ね す る results ら が れ た. 2) structure ソ ル バ ー の analytical precision を 検 card す る た め に, by moving モ ー フ ィ ン グ airfoil の - shape features を static load test に よ り に of quantitative evaluation of 価 す を る method established し た. Windless condition で モ ー フ ィ ン グ model に コ ー ド direction の concentrated load を え, load - a straight line と - shape shape を obtain し た. Load be 験 result analytical results の と を tong じ て, tectonic ソ ル バ ー は high precision い で モ ー フ ィ ン の グ model - shaped を be で き る こ と が shown さ れ た. 3) モ フィ フィ フィ グ グ airform circumference <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> フロ フロ flow れ れ analysis を implementation た た. Youdaoplaceholder0 モ フィ フィ グ グ グ the airfoil has a <s:1> にお て て て the laylaminar flow exfoliation bubble が with が light ら になった になった になった になった. Try part after 4) こ れ ま で は が - shaped す る by moving モ ー フ ィ ン グ airfoil beg し 検 て き た が, before this year's は try part も め て - shaped す る by moving モ ー フ ィ ン グ airfoil を 3 shape ほ ど beg し 検 た.

项目成果

3Dプリンタで一体製作した後縁部分を用いた受動的モーフィング翼型の製作および風洞実験

使用3D打印机一体式后缘部件制作被动变形翼型并进行风洞实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 髙木公貴;月崎竜童;西山和孝;山下裕介;鷹尾祥典;湯澤規子;吉井遼太・木村柊希・草野壱成・遠藤新;甲斐 翔子，高澤昇悟，越智 秀次，今村太郎
• 通讯作者: 甲斐 翔子，高澤昇悟，越智 秀次，今村太郎

Coupled aeroelasticity and flight dynamics of active morphing aircraft

主动变形飞机的气动弹性与飞行动力学耦合

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Soneda;N. Tsushima;T. Yokozeki;T. Imamura
• 通讯作者: T. Imamura

Aeroservoelastic characteristics of a corrugated morphing control surface

波纹变形控制面的气动伺服弹性特性

• DOI: 10.1007/s42405-022-00474-3
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• 影响因子: 1.7
• 作者: K. Soneda;N. Tsushima;T. Yokozeki;T. Imamura
• 通讯作者: T. Imamura

Home The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021), Volume 1 Conference paper Low-Speed Wind Tunnel Testing of a Passive Camber Morphing Airfoil Using a 3D-Printed Compliant Mechanism

首页 2021 年亚太航空航天技术国际研讨会 (APISAT 2021) 第 1 卷会议论文 使用 3D 打印顺应机构对被动弯度变形翼型进行低速风洞测试

• DOI: 10.1007/978-981-19-2689-1_78
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021)
• 作者: Shoko Kai;Shogo Takazawa;Shuji Ochi;Taro Imamura;Tomohiro Yokozeki & Kenichi Rinoie
• 通讯作者: Tomohiro Yokozeki & Kenichi Rinoie

Aero-structural Simulation and Experimental Validation of Deformation of the 3D-printed Passive Morphing Airfoil

3D打印被动变形翼型的航空结构仿真与变形实验验证

• 发表时间: 2023
• 作者: Shuji Ochi;Shoko Kai;Kohei Takase;Kensuke Soneda;Taro Imamura;Kenichi Rinoie;and Tomohiro Yokozeki
• 通讯作者: and Tomohiro Yokozeki