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 |
Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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 |
Granted (Fiscal Year 2022)
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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 / AUV / 最適化 / エネルギー効率 / 航行安定性 / 流体力学 / 潜水機集団運用 / 隊形 |
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 |
1.解析・数値研究領域では、重大な進展を達成した。AUV集団の複雑な流体力学を解明するため、マルチレベル構造のハイブリッド計算モデルが開発された。AUVの個体レベルの流体力学は、乱流モデルを備えた商用CFDソフトウェアで直接計算され、更に群体レベルの解析モデルに出力された。群体レベルの解析モデルは、ポテンシャル流理論を利用し、非常に低い計算コストで大量のAUVの最適な隊列を計算できた。本研究では、2台から約100台までのAUV集団の最適な隊列を計算し、最適化の規則を見つけた。それは、各AUVが隣のAUV同士の後部の約半分体長の位置に置き、AUVの間の横方向距離をできるだけ減少、他のAUVの尾流場を避けることである。この規則より、「チェーン状」のAUV集団隊形が形成され、最小の平均エネルギー消費が達成される。研究で分かったことは、AUVの数が増加し、AUV同士の横方向の距離が減少する場合、省エネ効果が明らかになる。数十台のAUV集団の平均エネルギー消費を12%削減する効果が得られる。 これらの研究成果は、今後のAUV集団の利用において重要な参考となる。研究成果は複数回の国際会議で発表され、学術雑誌への投稿が行われており、現在審査が進行中で、近い将来に正式な発表を期待する。 2.工学実験領域で、JAMSTECの曳航実験水槽(波動水槽)が実験の精度要求に対応できないため、実験を一時中断、実験計画を修正、AUVが曳航水槽の台車に接続するフレームを再設計、水中用の力センサーをデザイン・特注した。次の年度,機器や備品が揃った後に実験を再開する予定がある。 3.AUVの流れ場と魚の流れ場・風力発電機の流れ場には強い相関関係があるため、魚類遊泳・風力発電機に関する一連の研究も実施し、重要な研究成果と論文発表を取得した。これらの研究結果は、AUV流体力学メカニズムの研究にも参考できると考えられる。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
工学実験領域では、技術的な困難が発生した。解析・数値の研究結果より、2台のAUVが非常に近い距離のみで5%までのエネルギーの節約効果が発生できる。これに対しては、実験の設計や測定精度に大きな課題をもたらす。JAMSTECの曳航水槽は1970年代に建設され、力センサーやデジタル調速装置が装備されておらず、この実験の精度要求に対応できないため、今年度は実験のデザインを修正した。曳航水槽の台車に接続、AUV間の相対位置を固定用のフレームを再設計した。水中用の力センサーを特注した。次の年度,機器や備品が揃った後に実験を再開する予定がある。
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Strategy for Future Research Activity |
1.実験領域の技術的な困難を対応するため、科学研究費助成事業補助事業期間は一年間で延長した。来年度は、AUVの水槽曳航実験の完成に力を注ぐ。個人の全体の仕事の最高優先事項として進める。 2.実験結果と解析・数値の研究結果を比較し、融合させる。 2.研究成果の解釈・統合、論文の執筆、学会や論文の発表を加速する。研究成果発表の機会を積極的に模索する。 3.研究で得られたAUV最適化「チェーン状」隊形は社会に公開し、産業活動に貢献する。「チェーン状」隊形の特許申請について積極的に検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(27 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
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Int'l Joint Research
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