A Novel Lightweight Design and Manufacturing for Aircraft Wing Structure

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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。