2017 Fiscal Year Research-status Report
Study on Multi-Objective Optimization Methodology Considering Trajectory Feasibility under Uncertainties
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17K14877
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤川 貴弘 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (40781795)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | システム最適化 / 再使用型宇宙輸送システム / スペースプレーン / 飛行軌道設計 / 不確かさ / エアロスパイクエンジン / 航空宇宙システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2017年度には，スペースプレーンの設計最適化問題において，エンジン性能，空力特性，機体質量特性，運用時の風速場といった不確かさを有する量が変動した際に飛行軌道が成立する確率を算出するための手法を開発した．具体的には，不確かさを有する量の値を変化させつつ，軌道不成立となる条件の周辺で重点的に上昇・帰還軌道の最適化を繰り返し行い，2段目機体の軌道投入後の帰還時と1段目機体の着陸時に使用可能な推進剤残量がゼロ以上である確率として，それぞれの軌道成立確率を信頼性評価法により計算するという方法である．そして，ロケットエンジンを搭載した2段式スペースプレーンの飛行軌道設計問題に本手法を適用し，1段目機体と2段目機体の搭載推進剤量と軌道成立確率の間の関係を明らかにした．この成果により，不確かさを無視したり一律の性能余裕を課したりするのではなく，軌道成立確率の定量的評価に基づいて宇宙輸送機の必要推進剤量や飛行軌道を設計できるようになることが期待される．
また，次年度以降に本手法を用いて，不確かさの影響下での機体設計と飛行軌道の統合的な多目的最適化を行うための準備として，エンジン解析と空力解析に用いる数値モデルの開発と実装を進めた．その中で，ある程度の精度を有しつつ計算量が少ないエアロスパイクエンジンの性能解析モデルという新規性のある成果が得られた．そこで，機体設計全体の最適化を実施する前の予備解析として，エアロスパイクエンジン単体での詳細な多目的設計最適化を行った．その結果，単一の設計点のみを考慮した従来のスパイクノズル形状設計法とは傾向の異なる形状が最適になりうるという知見を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では2017年度内に，不確かさの影響下における軌道成立確率を設計最適化において考慮するための手法の開発を行い，その有効性を飛行軌道のみの設計問題で検証する予定であった．実際の進捗として，この2つの課題はほぼ完了し，2018年度内に計画していた機体設計解析モデルの実装を一部，前倒しで行うことができた．さらに，その中で開発したエアロスパイクエンジンの性能解析モデルを用いてエンジン単体での詳細な多目的設計最適化を実施することで，追加の成果が得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗に問題はないため，当初の計画に基づき以下の通り研究を遂行する．
1) 機体設計解析モデルの開発と実装を引き続き行う．
2) 不確かさを有する量の確率分布とそのパラメータの定量化を行う．
3) 不確かさの影響下における軌道成立確率を考慮しつつ機体設計と上昇・帰還軌道を統合的に最適化することを可能にする，スペースプレーンの多目的最適設計手法を構築する．
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Research Products
(2 results)
