Improvement on energetic efficiency and stability of AUV group based on formation configration optimization
| Project/Area Number |
20K14978
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
李 根 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 研究員 (00774035)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 潜水機集団運用 / 隊形 / 最適化 / エネルギー効率 / 航行安定性 / 流体力学 / 潜水機集団 / AUV |
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| Outline of Research at the Start |
近い将来、効率的な海洋探査、開発、清掃のため、AUV (自律型無人潜水機)集団運用を広く展開することが期待されている．流体中で遊泳・飛行の集団生物が最適化された隊形によってエネルギー効率と安定性を向上可能であることが明らかになっているが、複数のAUV 集団運用の流体力学的な最適化の隊形は未だ解明されていない．本研究は、流体力学の観点から、理論計算・実験方法を用いて、流体相互作用を通してAUV 間の相互作用メカニズムを明かし、集団隊形によってAUV 間のエネルギー効率および航行安定性への影響を解明し、最適な集団隊形を特定することでAUV 集団運用による海洋探査と開発の効率を更に向上する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度に、数値・解析モデルを用いて、2台から最大100台のAUV(自律型無人潜水機)集団の最適化隊形を計算し、AUV集団エネルギー最適化の隊形として、各AUVが前のAUVの斜め後方に位置する「チェーン形態」隊形が発見された。工学実験領域では、単体のAUVと2台AUV集団の曳航試験を実施し、実験の結果を分析した。
研究期間全体を通じて、AUV集団隊形によるエネルギー効率および航行安定性の影響の解明を目指し、複数の領域で進歩が達成された。
1. 数値・解析モデルの領域では、ポテンシャル流原理に基づくハイブリッドなアルゴリズムが構築された。このアルゴリズムでは、まず計算流体力学ソフトウェアを使用して単一AUVの流場特性をシミュレーションし、次に複雑なAUVの流場を時間平均化して、複数のポテンシャル流の渦環と一つの無運動量のポテンシャル流の後流の集合に変換する。ポテンシャル流の重ね合わせの可能性により、多数のAUV集団の高次元最適化問題の計算コストを、既存のコンピュータで扱える範囲に軽減することができ、AUV集団の最適化隊形を計算し、AUV集団のエネルギー最適化の「チェーン形態」隊形が発見された。研究方法と結果は流体力学分野の権威のある学術論文誌「Journal of Fluid Mechanics」に掲載された。
2. 工学実験領域では、海洋研究開発機構の水槽で、単体のAUVと2台AUV集団の曳航試験を実施した．様々な隊形下のAUVの抗力と外乱力を測定し、単体のAUVの性能と比較して、2台のAUV集団の流体力学影響を解明した．３Dプリンタで簡易化されたAUV模型を製作した．AUV模型は本体と推進プロペラで構成され、推進力が外部で制御、自走モード（推力＝抗力）で曳航試験を行った．実験の結果、は数値・解析モデルだけでは得られない情報も提供しており、重要な学術的・応用的な意義がある。
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Report
(4 results)
Research Products
(40 results)
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[Presentation] Lechenault, Benjamin Thiria Burst and coast: on the intermittent tail-beat kinematics in steady-swimming fish2021
Author(s)
Godoy-Diana Ramiro, Li Gen, Ashraf Intesaaf, Kolomenskiy Dmitry, Francois Bill, Lechenault Frederic, Thiria Benjamin
Organizer
74th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, American Physical Society, Phoenix Convention Center, Phoenix, Arizona, USA
Related Report
Int'l Joint Research
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