Movable-Nonlinearity Modeling for Successive Analyses of Very Flexible Structures
| Project/Area Number |
21K14341
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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 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大塚 啓介 東北大学, 工学研究科, 助教 (20881189)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 衛星航空 / 流体構造連成 / 空力弾性 / 非線形有限要素法 / 風洞実験 / マルチボディダイナミクス / マルチフィジックス / 衛星航空機 |
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| Outline of Research at the Start |
災害・コロナ禍の影響を受け，通信需要はますます増加しており，低高度を数年継続飛行することで空の基地局となる衛星航空機の実用化が期待されている．極軽量柔軟な衛星航空機は従来航空機にはありえない大変形が生じるので従来の線形解析法が通用しない．
本研究ではこの大変形に伴う非線形性を数式上の任意の位置に移動できる【非線形移動型モデリング法】を構築し，衛星航空機の高効率な解析を可能とする．
提案手法による解析性能を東北大学・流体科学研究所の大型風洞装置を用いた実験で実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
低高度を数年継続飛行することで空の基地局となる衛星航空機の実用化が期待されている．従来航空機と異なり，極軽量柔軟な衛星航空機は静的大変形形状によって周波数特性・動特性が激変する．衛星航空機の早期実現には大変形を考慮した数値モデル（非線形運動方程式）による静解析・周波数解析・動解析という一連の解析が必要になる．
非線形性を任意に移動させ，静解析・周波数解析・動解析いずれに対しても容易に適用でき，高い解析性能を発揮する【非線形移動型モデリング法】の構築を目的とし，２年目は以下の３点に取り組んだ．
①静解析モデルの精度実証：東北大学・流体科学研究所の風洞装置を用いた．鉛直に固定支持した平板翼模型に対して，迎角と流速を変更した場合の変形量をレーザ変位計で計測した．風洞実験結果と解析結果は良好に一致した．
②動解析モデルの精度実証：東北大学・流体科学研究所の風洞装置を用いた．鉛直に固定支持した平板翼模型に対して，先端にワイヤを貼付した．そのワイヤを切断することで，風洞内において模型に振動を発生させた．実験結果と解析結果は良好に一致した．この実験成果をJournal of Sound and Vibrationで発表した．
③【ジョイントパラメータ】という定式化法を提案し，衛星航空機の静解析用歪モデルにおいて，操作舵面などのジョイント部の効率的な表現を可能にした．【ジョイントパラメータ】の基礎理論をJournal of Sound and Vibrationで発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第一目的としていた「静解析モデルの実証」ができたため．第二目的としていた「周波数解析モデルの実証」は実施できなかったが，「動解析モデルの実証」はできたため，総合的にみて，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究室内に作成した小型風洞と突風発生装置を用いて，提案モデリング法の実証を多角的に行う．具体的には以下２つの実験を想定している．
①ステップ型の突風に対する平板翼模型の変形
②正弦波型の突風に対する平板翼模型の変形
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Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
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[Presentation] Investigation of Flutter Velocity and Power Generation with Piezoelectric Film2022
Author(s)
Shuonan Dong, Taisei Mukogawa, Yushin Hara, Keisuke Otsuka, Boyue Chen, Yu Shi, Yu Jia, Constantinos Soutis, Hiroki Kurita, Fumio Narita, Kanjuro Makihara
Organizer
19th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2022)
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