モーフィング航空機の舵面・全機スケールにおける構造・空力・制御連成解析手法の構築

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次世代航空機では、翼形状を滑らかに変化させるモーフィング技術により、航空機の更なる性能向上が期待されている。本研究では、このモーフィング技術を適用した舵面を有する航空機について、舵面・全機の両スケールを考慮した多分野連成解析技術の確立を目的とし、以下の三項目に取り組んだ。（１）舵面スケールでの連成解析：モーフィング翼に関する従来研究は、静的な構造空力連成を考慮した性能評価が主であった。本研究では、モーフィングに伴う変形を考慮できる計算効率に優れた構造空力連成モデルに翼の空力特性に関する制御を導入し、構造・空力・制御連成モデルを構築した。数値解析より、非常に柔軟なモーフィング構造設計を行うと、外乱に対する制御性能が低下することを示した。（２）全機スケールでの連成モデル構築：（１）で構築している構造空力連成モデルと飛行力学モデルを連成させ、航空機全体の剛体飛行運動を考慮した連成問題を取り扱うことができる解析手法を構築した。構築した解析手法は他の解析コードとの比較を通じ、その妥当性を検証した。この解析手法は、モーフィング翼において重要なキャンバー変形を考慮できる点が、従来手法から拡張されている。（３）モーフィング航空機の飛行制御シミュレーション：開発した解析手法に飛行運動に関する制御を組み込み、モーフィング構造の剛性の異なる機体モデルに対し、飛行制御シミュレーションを実施した。モーフィング構造を非常に柔軟な設計とすると、空気力の影響が大きくなり、それに伴う弾性変形の影響から、飛行制御性能が悪化することが示された。一方、適度な剛性を確保することで、この問題を避け、従来舵面の代替として機能することが示された。