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流体・構造・制御の異分野融合による可変翼モデリング法の確立

融合流体、结构、控制等不同领域建立可变叶片建模方法

基本信息

批准号：
17J01913
负责人：
大塚啓介
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代航空機は飛行中に折り畳み展開する可変翼の搭載が期待されている．この可変翼の設計開発に必須となる「構造空力連成モデリング法の確立」に向け，以下の３項目に取り組んだ．（１）構造モデルの三次元化・高効率化：絶対節点座標法（ANCF）に基づいた新たな３次元梁要素を開発し，従来困難であった可変挙動・柔軟変形する翼の三次元構造モデリング・シミュレーションを可能とした．ANCFは全体座標で表現されたベクトルのみを変数とし，大変形・大移動する構造物をモデリングできる手法である．しかし，大半の構造物で非支配的となる梁断面の伸縮やせん断を強制的に考慮してしまうため，計算が発散しやすい上に，航空機翼のような複雑断面構造物には適用できないという問題があった．本研究では，ジョイント拘束を取り扱うマルチボディダイナミクス理論を導入し，これら非支配的な断面変形を拘束することで，３次元ANCF梁要素を航空機翼に適用できるように拡張した．（２）空力モデルの高精度化：昨年度までは，初期検討として流体の三次元効果を無視する二次元空力モデルを使用していた．しかし，折り畳み展開する可変翼はスパンが大きく変化するので，流れの三次元効果は無視できなくなることが昨年度の風洞実験で判明した．今回，流れの三次元効果を考慮した三次元空力モデルを提案する構造モデルと連成させることに成功し，シミュレーションと実験はより良好な一致を示した．（３）風洞内変形実験の高精度測定：構築したモデルの精度を実証するために，東北大学・流体科学研究所で可変翼の展開実験を行った．可変翼実験装置の展開機構を電動化することで，よりバラツキの小さい実験データの取得に成功した．さらに，近距離高精度レーザー変位計を導入し，昨年度から使用していた高速度カメラと合わせることで，可変翼の大きな剛体運動と弾性変形を高精度で捉えることが可能となった．

The next-generation aircraft can be folded and unfolded in flight, and its wings can be folded and loaded with anticipation. The design development of the wing must be based on the "establishment of the structural aerodynamic linkage method", and the following three items must be grouped together. (1) Constructing a three-dimensional structure into three dimensions and making it more efficient: the absolute node coordinate method (ANCF) and the development of new three-dimensional beam elementsし, it is difficult to move it and the three-dimensional structure of the three-dimensional structure of the soft wing is flexible and flexible. ANCF's overall coordinate system is used to express the system's overall coordinate system, and the large-scale shape and large-movement structure is used to perform the technique.しかし, Most of the structures are non-dominated となるbeam section のStretching and やせんをforced にConsideration してしまうため, plan Calculate the structure of the aircraft wing, and apply it to the complex cross-section structure of the aircraft wing. This study is based on the introduction of the では, ジョイントconstraint, り扱うマルチボディダイナミクス theory, and これら non-dominance The cross-section shape is restricted and the 3-dimensional ANCF beam element is suitable for aviation wings. (2) High-precision aerodynamics: Last year, the three-dimensional effect of the three-dimensional fluid in the initial stage was ignored and the two-dimensional aerodynamics was used. It's folded The three-dimensional effect is ignored and the wind tunnel of last year is clearly understood. This time, the three-dimensional effect of the three-dimensional flow is taken into consideration, and the three-dimensional aerodynamic force proposal and structure of the three-dimensional air force are considered. The success of the company is the success of the company, and the success of the company is the success of the company. (３) High-precision measurement of the shape in the wind tunnel: the accuracy of the construction of the wind tunnel, the accuracy of the construction, and the development of the flow of the Tohoku University and Fluid Science Research Institute. It is possible to electrify the deployment mechanism of the wing-mounted device and achieve success by electrifying the deployment mechanism of the wing-mounted device.さらに, the short-range high-precision レーザー変digit meter を was introduced, and last year から used the していたhigh-speed カメラと合わせることで, can change the wing's large きなrigid body motion and elastic shape をhigh precision and catch えることがpossible となった．