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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01913/
• 关键词: 流体構造連成; 空力弾性; マルチボディダイナミクス; 絶対節点座標法; モーフィング翼; 柔軟展開構造物; 非定常空気力; 非線形有限要素法; 制御

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．

In the flight of the next-generation aircraft, に fold に 畳み unfold する the variable wings <s:1> carry が and expect されて る る る. こ の can design and open - wing の 発 に must と な る "structure empty force into モ デ リ ン の グ method to establish" に け, following の 3 project に group take り ん だ. (1) construct モ デ ル の three yuan, high rate of unseen: unique node coordinates method (ANCF) に seaborne づ い た new た な three dimensional beam element を open 発 し, 従 to difficult で あ っ た can - 挙 move, soft - shaped す る wing の three yuan structure モ デ リ ン グ · シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を may と し た. ANCF は all coordinates で performance さ れ た ベ ク ト ル の み を - several と し, big - shaped, mobile す る structure を モ デ リ ン グ で き る gimmick で あ る. Half the し か し の で not dominate the footing と な る beam section の telescopic や せ ん broken を forced に consider し て し ま う た め, calculate が 発 scattered し や す い に, aviation wing の よ う な complex 雑 section structure に は applicable で き な い と い う problem が あ っ た. This study で は, ジ ョ イ ン ト constraint を take り Cha う マ ル チ ボ デ ィ ダ イ ナ ミ ク を import し ス theory, こ れ ら non dominated な section - shaped を constraint す る こ と で, 3 dimensional ANCF beam elements を aviation wing に で き る よ う に company, zhang し た. (2) the aerodynamic モ デ ル の high precision: yesterday's annual ま で は, early beg と 検 し て working fluid の three yuan fruit を ignore す る secondary yuan aerodynamic モ デ ル を use し て い た. し か し, folding り 畳 み expand す る can - wing は ス パ ン が big き く variations change す る の で, flow れ の three-d unseen fruit は ignore で き な く な る こ と が yesterday annual の wind tunnel be 験 で.at し た. Today, back flow れ の three-d unseen fruit を consider し た three dimensional aerodynamic モ デ ル を proposal す る tectonic モ デ ル と connect さ せ る こ と に し success, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be 験 は よ り な consistent を and shown good し た. (3) wind tunnel - shape be 験 の high-precision measurement: build し た モ デ ル の precision を card be す る た め に, Northeastern University, fluid science institute で can - wing の extended be 験 を line っ た. Can be - wing 験 の expansion devices を electric す る こ と で, よ り バ ラ ツ キ の small さ い be 験 デ ー タ の に success し た. さ ら に, close range and high precision レ ー ザ ー - potentiometer を import し, yesterday's annual か ら use し て い た high speed カ メ ラ と close わ せ る こ と で, can be big - wing の き な rigid motion と 弾 sex - shaped を high-precision で catch え る こ と が may と な っ た.

项目成果

Strain Based Beam Formulationの発展手法に関する研究

基于应变的梁公式开发方法研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 藤井理央・宗本晋作・山田悟史;須崎貴大，大塚啓介，小貫慧，槙原幹十朗
• 通讯作者: 須崎貴大，大塚啓介，小貫慧，槙原幹十朗

翼端にヒンジジョイントを有する柔軟折りたたみ翼の突風作用時における運動解析

翼尖铰接的柔性折叠机翼在阵风作用下的运动分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Otsuka;K.;and Makihara;K.;大塚啓介，槙原幹十朗;小貫慧，大塚啓介，須崎貴大，槙原幹十朗
• 通讯作者: 小貫慧，大塚啓介，須崎貴大，槙原幹十朗

ANCF-ICE Beam Element for Modeling Highly Flexible and Deployable Aerospace Structures

• DOI: 10.2514/6.2019-0213
• 发表时间: 2019-01
• 期刊: AIAA Scitech 2019 Forum
• 作者: Keisuke Otsuka;Kanjuro Makihara

University of Warwick(英国)

华威大学（英国）

Absolute Nodal Coordinate Beam Element for Modeling Flexible and Deployable Aerospace Structures

用于建模灵活可展开航空航天结构的绝对节点坐标梁单元

• DOI: 10.2514/1.j057780
• 发表时间: 2019
• 期刊: AIAA Journal
• 影响因子: 2.5
• 作者: Otsuka;K.;and Makihara;K.
• 通讯作者: K.