Mg合金材料の宇宙環境適応構造物への展開

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11225206
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 古谷 寛 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00190166)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小木曽 望 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 講師 (70295715) ; 松永 三郎 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (00222307)
• Keywords: マグネシウム合金 / 宇宙システム / 構造最適設計 / 複合領域最適設計 / 人工衛星 / 信頼性設計 / 進化的最適化

Research Abstract

軽量性・高比強度・高比剛性・高ダンピング性を有するマグネシウム合金材料の宇宙空間を含む広範な応用展開のために,軽量構造最適設計の研究と,マグネシウム合金を構造物に適用する際に要求される特性を明らかにすることを目的とし,下記の研究課題を実施した.
1.マグネシウム合金翼の超音速フラッタ特性の向上を目的とした最小重量設計ならびに超音速フラッタ限界動圧の向上のための多目的構造最適化手法を感度解析とESO法をベースとして提案し,最適構造特性を明らかにした.この結果,フラッタ限界動圧の向上と構造質量の軽量化を同時に実現するためには,限界動圧を制約条件とした最適化アルゴリズムを考える必要のあることが示された.また,Mg合金を平板翼構造に適用して最適設計することにより,アルミ合金を用いるよりも一層の軽量化が行えることが示された.
2.小型軽量な宇宙システムの構造部品にマグネシウム合金を用いて実際に打ち上げモデルを製作し,軽量化の効果の実証,加工性・表面処理等の問題点の把握を行った.このうち,宇宙ドッキング機構への適用に関してはマグネシウムの適用可能部品が少ないため軽量化の効果は少なかったものの,無重力落下実験では10Gの負荷に耐えることが確認された.また,超小型衛星への適用では,製作時間の制約から必要な部品全てをマグネシウムに置き換えることが出来ず,更なる軽量化が必要になった.いずれも軽量化に対しては,ほぼ予想された効果が得られたが,汎用的に入手可能なマグネシウム合金の種類の制約,加工に伴う熱歪み,表面処理,および,コスト等について,問題点が残されていることが明らかになった.
3.信頼性を考慮した構造システムの設計手法の開発を行うために,マグネシウム合金パネルの固有周波数に対する信頼性解析にトンネル法を用いることにより,剛性の変動と構造寸法の影響を考慮した最適設計手法を提案した.この結果,従来の手法よりも最適な解が求まることが示された.

Research Products

• [Publications] Hiroshi FURUYA, Isao FUKUCHI: "Characteristics of Supersonic Flutter for Plate Wing with Magnesium Alloys"CD-ROM J. Materials Processing Technology, Special issue THERMEC'2000 (Processing & Manufacturing of Acivanced Materials). 1-6 (2001)
• [Publications] Atsuo KOBORI, Satoru OZAWA, Hiroshi FURUYA: "Vibration Suppression in Linear Feedback Control with Adaptive Gyroscopic Damper System"Proc. Of 11th of Int. Conf. On Adaptive Structures and Technologies Technomic Publishing. 150-157 (2000)
• [Publications] Hiroshi FURUYA, Isao FUKUCHI: "Evolutionary Structural Optimization of Plate Wing for Supersonic Flutter"A/AA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Material Conference, Seattle. 1-6 (2001)
• [Publications] Hiroshi FURUYA, Isao FUKUCHI: "Structural Optimization of Plate Wing With Magnesium Alloys For Supersonic Flutter"4th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM4). 1301-1306 (2001)
• [Publications] 小堀敦夫, 古谷 寛: "適応型ジャイロシステムによる柔軟梁の振動制御実験"日本航空宇宙学会第43回構造強度に関する講演会講演集. 185-188 (2001)
• [Publications] 福地勲男, 古谷 寛: "平板翼の超音速フラッタ特性と構造質量を同時に考慮した剛性分布最適化"日本航空宇宙学会第43回構造強度に関する講演会講演集. 233-236 (2001)
• [Publications] 仙場淳彦, 古谷 寛: "適応型ジャイロシステムの構造パラメータ同定"日本機械学会Dynamics and Design Conference 2001論文集. (CD-ROM). 1-6 (2001)
• [Publications] Hiroshi FURUYA, Nozomu KOGISO, Saburo MATUNAGA: "Fluffer Chracteristics of Supersonic Wing with Magnesium Alloys"先端マグネシウム,合金およびその応用に関する台湾〜日本ワークショップ概要集. 109-113 (2001)
• [Publications] 福地勲男, 古谷 寛: "フラッタ特性向上のための構造最適化における目的関数と制約条件の検討"日本機械学会、第14回計算力学講演会講演集. 503-504 (2001)
• [Publications] 松永三郎: "宇宙工学教育の新展開:日米大学共同開発プロジェクト"日本機械学会誌. Vol.104,No.987. 98-101 (2001)
• [Publications] 宇井恭一, 程島竜一, 前田直秀, 岡田英人, 宮下直己, 居相政史, 森治, 松永三郎: "Jet Gun Sat突風"電子情報通信学会,信学技報. SANE2000-176, SAT200-125. 1-7 (2001)
• [Publications] Kyoichi Ui, Saburo Matunaga: "System Development and Ground Experiments of a Docking Mechanism for Small Mothership-Daughterhip Satellites"ISAS, Proc. 11th Workshop on Astrodynamics and Flight Mechanics. (2001)
• [Publications] 松永三郎, 小木曽望, 古谷寛: "マグネシウム合金の超小型宇宙システムヘの応用"先端マグネシウム合金およびその応用に関する台湾-日本ワークショップ概要集. 105-108 (2001)
• [Publications] 此上一也, 中谷幸司, 澤田弘崇, 宇井恭一, 程島竜一, 前田直秀, 岡田英人, 宮下直己, 居相政史, 長浜謙太, 占部智之, 山口伸斉, 鶴見辰吾, 森治, 松永三郎: "東京工業大学Cube Sat 2001 : CUTE-1の開発概要"第45回宇宙科学技術連合講演会講演集. 801-806 (2001)
• [Publications] 澤田弘崇, 程島竜一, 山口伸斉, 松永三郎: "東京工業大学CUTE-1の機構・構造開発と環境試験"第45回宇宙科学技術連合講演会講演集. 807-812 (2001)
• [Publications] 中谷幸司, 岡田英人, 宮下直己, 居相政史, 占部智之, 此上一也, 松永三郎: "東京工業大学CUTE-1のバス系開発と大気球実験"第45回宇宙科学技術連合講演会講演集. 813-818 (2001)
• [Publications] 長浜謙太, 占部智之, 山口伸斉, 居相政史, 宮下直己, 中谷幸司, 岡田英人, 宇井恭一, 澤田弘崇, 松永三郎: "東京工業大学Can Sat Project 2001"第45回宇宙科学技術連合講演会講演集. 819-824 (2001)
• [Publications] 宇井恭一, 中谷幸司, 宮下直己, 居相政史, 松永三郎: "小型親子衛星用ドッキング機構の微小重力実験"第45回宇宙科学技術連合講演会講演集. 825-830 (2001)
• [Publications] 岡田英人, 澤田弘崇, 中谷幸司, 占部智之, 松永三郎: "東工大Cube Sat搭載用バス機器の機能評価実験"大気球シンポジウム. (2001)
• [Publications] N.Kogiso, S.Nakagawa, Y.Murotsu: "Application of Tunneling Algorithm to Reliability Analysis of Laminated Composite Plate"Reliability and Optimization of Structural Systems. 135-142 (2001)
• [Publications] Y.Murotsu, M.Izumi, S.Shao, N.Kogiso, M.Yokote: "Motion Tracking for Autonomous Space Docking System Using VGT"JSME International Journal, Series C. 44・3. 740-748 (2001)
• [Publications] N.Kogiso, S.Katou, K.Higashi, Y.Murotsu: "Reliability-Based Optimum Design of Laminated Composite Frame Structure in Human-Powered Aircraft"CD-ROM Proceeding of 4th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO-4). 1-6 (2001)
• [Publications] N.Kogiso: "Reliability-Based Optimum Design of Magnesium Alloy Panel Subject to Vibration"PRICM-IV, Paper No. Jh2O2. 1307-1310 (2001)
• [Publications] 小木曽, 中川: "積層パラメータを利用した複合材料積層板の信頼性に基づく最適設計"日本航空宇宙学会第43回構造強度に関する講演会講演論文集. 217-220 (2001)
• [Publications] N.Kogiso, S.Matunaga, H.Furuya: "Reliability Design of Structures with Magnesium Alloy"先端マグネシウム合金およびその応用に関する台湾,日本ワークショップ概要集. 101-104 (2001)
• [Publications] 小木曽, 内海, 室津: "低レイノルズ数域で作動するプロペラブレードの最適設計"日本航空宇宙学会第39回飛行機シンポジウムCD-ROM講演集. 328-337 (2001)
• [Publications] 小本曽, 中川, 室津: "複合材料積層板の信頼性に基づく最適設計における積層パラメータの利用"日本機械学会第11回設計工学・システム部門講演会講演論文集. 112-115 (2001)
• [Publications] 小木曽 望, 中川 周哉, 室津 義定: "複合材料積層板の信頼性解析へのトンネル法の適用"材料. 51・1. 74-79 (2002)