A Novel Lightweight Design and Manufacturing for Aircraft Wing Structure

一种新型飞机机翼结构轻量化设计与制造

基本信息

批准号：
22KJ0676
负责人：
河邉拓樹
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

現在の航空機構造設計では、設計者が過去の経験や実績、他機例を参考に決定する構造線図に従って各部材の強度計算を行うため、新たな構造様式が生み出されにくい。また、今後は3Dプリンタのような自動製造技術がモノづくりの主流となることが予想されるが、対応する設計技術は確立されていない。そこで本研究では、バイオミメティクスに立脚した革新的な構造設計手法によって、従来の設計手法からの脱却を図り、現行の複合材機体に対して大幅な軽量化を実現する設計・製造基盤の構築を目的としている。昨年度、優れた構造特性を有するトンボの翅に着目し、翅脈を構成する第一翅脈・第二翅脈の概念的な特徴をそれぞれ構造最適化の一手法であるトポロジー最適化・数学的に定義される幾何学模様であるボロノイ分割によって補強部材の配置設計に適用する設計手法を提案した。提案手法を設計対象に適用したパラメトリックスタディによって軽量構造を得られることが示唆されたが、設計変数の多さから計算コストの増大が課題であり、その検討は設計変数を限定したパラメトリックスタディに留まっているため、設計変数の最適化が不十分であった。本年度では、計算コストの低減を図るため、機械学習によって設計解空間の構造応答を近似できるサロゲートモデルの導入に向けた準備を進めた。設計変数の選択やサロゲートモデルの生成についてより実践的な知見を得るため、大規模な航空宇宙構造に対してサロゲートモデルの導入実績を持つ海外研究機関を訪問し、高精度かつ計算コストの少ない最適化手法に対する理解を深めた。提案手法の最適化プロセスに応用すべく、定式化の改善を進めている。

使用当前的飞机结构设计，很难创建新的结构样式，因为设计师根据过去的经验，往绩和其他飞机示例根据结构图来计算每个组件的强度。此外，预计将来的自动制造技术（例如3D打印机）将成为制造业的主流，但没有建立合适的设计技术。因此，这项研究旨在使用基于仿生材料的创新结构设计方法脱离常规设计方法，并建立一个设计和制造基础，该设计与当前复合飞机的重量大幅减少。去年，我们专注于具有出色结构特征的蜻蜓的翅膀，并提出了一种设计方法，其中将构成机翼静脉的第一和第二翼静脉的概念特征应用于拓扑优化的增强成员布局，一种结构性优化的方法，一种结构性优化的方法，并定义了数学定义的voronoi voronoi voronoi voronoi voronoi voronoi varronoi distrivens。据建议，可以获得使用所提出的方法到设计目标的参数研究，但是挑战是由于大量设计变量而增加计算成本，并且考虑因素仍然是一项参数研究，该研究限制了设计变量，因此设计变量的优化不足。在今年，为了降低计算成本，我们开始为引入一个可以使用机器学习近似设计解决方案空间的结构响应的代理模型做准备。为了获得有关设计变量的选择和替代模型的产生的更多实践知识，我们访问了海外研究机构，这些研究机构具有为大规模航空航天结构引入替代模型的记录，并加深了我们对高精度，低计算成本优化方法的理解。我们正在努力改善配方，以便将其应用于所提出方法的优化过程。