流体トポロジー最適化による革新的空力デバイスの設計探査

本年度は、近似最適化に用いる追加サンプル点選択指標の開発と、この指標を用いたボルテックス・ジェネレータ（VG）の配置最適化を実施した。追加サンプル点選択指標について、既存指標は単目的最適化で使用されてきた指標の拡張であり、多目的最適化では十分な性能を発揮できない。そこで、多目的最適化に特化した指標として、目的空間に均一に複数のサンプル点を同時追加できる指標（EPBII/EIPBII）を開発した。この指標では、目的空間に均一に配置した多数の重みベクトル各々に対して最適解を探索するため、任意の数のサンプル点を同時に追加することができる。複数の検証問題に対して提案指標と既存指標を適用・比較した結果、提案手法によって効率的なパレート最適解探索が可能であることを確認した。VGの設計最適化について、最適化の効率を高めるため設計最適化問題を二段階に分解した。昨年度に実施した第一段階では、無限後退翼に対してVG形状（高さ、長さ、角度）のみを変化させ、空気抵抗を最小化しつつ効率的に失速緩和できる設計案を探索した。一方、本年度実施した第二段階では、第一段階で最適化したVG形状を用いて、三次元後退翼上でVG配置の最適化を行った。VG配置最適化では、昨年度開発を行った近似勾配の固有値分解により設計空間の座標変換を行うKrigingモデル及び、上述のサンプル追加指標を使用した。最適化の結果、最新の航空機に見られるVG配置を含んだ多数のパレート最適解を得ることができた。また、形状・配置最適化結果と等間隔に既存形状のVGを配置した設計案を比較すると、同様の失速特性を維持しつつ、VG取り付けによる抗力の増加を半減することに成功した。最適解の特徴を抽出したところ、翼根から翼端に向かって徐々に取り付け間隔を小さくすることで、等間隔配置よりも小さな抗力で失速を緩和できることが判明した。

本年度は、近似最適化に用いる追加サンプル点選択指標の開発と、この指標を用いたボルテックス・ジェネレータ（VG）の配置最適化を実施した。追加サンプル点選択指標について、既存指標は単目的最適化で使用されてきた指標の拡張であり、多目的最適化では十分な性能を発揮できない。そこで、多目的最適化に特化した指標として、目的空間に均一に複数のサンプル点を同時追加できる指標（EPBII/EIPBII）を開発した。この指標では、目的空間に均一に配置した多数の重みベクトル各々に対して最適解を探索するため、任意の数のサンプル点を同時に追加することができる。複数の検証問題に対して提案指標と既存指標を適用・比較した結果、提案手法によって効率的なパレート最適解探索が可能であることを確認した。VGの設計最適化について、最適化の効率を高めるため設計最適化問題を二段階に分解した。昨年度に実施した第一段階では、無限後退翼に対してVG形状（高さ、長さ、角度）のみを変化させ、空気抵抗を最小化しつつ効率的に失速緩和できる設計案を探索した。一方、本年度実施した第二段階では、第一段階で最適化したVG形状を用いて、三次元後退翼上でVG配置の最適化を行った。VG配置最適化では、昨年度開発を行った近似勾配の固有値分解により設計空間の座標変換を行うKrigingモデル及び、上述のサンプル追加指標を使用した。最適化の結果、最新の航空機に見られるVG配置を含んだ多数のパレート最適解を得ることができた。また、形状・配置最適化結果と等間隔に既存形状のVGを配置した設計案を比較すると、同様の失速特性を維持しつつ、VG取り付けによる抗力の増加を半減することに成功した。最適解の特徴を抽出したところ、翼根から翼端に向かって徐々に取り付け間隔を小さくすることで、等間隔配置よりも小さな抗力で失速を緩和できることが判明した。