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, 准教授 (20881189)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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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 | 次世代航空機 / 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 / 大変形構造物 / 衛星航空 / 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，最終年度である３年目は以下の２点に取り組んだ．
①周期加振実験による動解析モデルの精度実証：動解析モデル実証のために新たな風洞実験装置を作成した．鉛直に固定支持した平板翼模型の前方に円柱を配置してカルマン渦を発生させることで模型を励振する装置である．東北大学・流体科学研究所の風洞装置で，実験を行い励起された振動をレーザ変位計と圧電センサで計測することでモデル実証に有用な実験データが得られた．
②自励振動実験による周波数解析モデルの精度実証：流速がある値に到達すると風洞模型の振動が増大するフラッタ現象の計測を行った．フラッタ発生時にレーザ変位計で得られた周波数と解析で得られた周波数には誤差があった．この誤差を解消するには本研究で焦点を当てていなかった流体モデルの改善が必要になると考えられる．
以上より，３年間で予定していた非線形移動型モデリング法の構築，静解析実証実験，周波数解析実証実験，動解析実証実験が完了した．
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Report
(3 results)
Research Products
(51 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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