2021 Fiscal Year Annual Research Report
Uncertainty Quantification of Flutter Simulations by the Fast Time-Spectral Method
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19K04835
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
宮路 幸二 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60313467)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川村 恭己 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50262407)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自励振動の高速数値計算 / 不連続応答の応答曲面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機設計における翼の空力弾性連成振動(フラッター)の予測は、航空機の性能と安全性を決定する非常に重要な項目である。実飛行や風洞実験では安全性の確保が難しく、高精度な数値計算による予測を援用することが必要不可欠である。飛行マッハ数や翼の固有振動数など、流体と構造に関わる解析条件を幅広く変えたときの、振動応答の安定／不安定境界を見出すことが必要である。本研究では、１ケースの解析時間を大幅に短縮する数値解法の開発、及び、計算条件や流体・構造モデルのばらつき(不確実さ)がフラッター解析結果に与える影響を評価する手法の開発により、フラッターの数値解析の効率と信頼性の向上を実現する。
解析時間を短縮する数値計算法について、時間スペクトル法を用いた空力弾性連成解析手法を完成させた。前年度までに、流体－構造連成の時間発展方程式を時間スペクトル法の基礎式に書き換え、その基本的な解法を開発した。最終年度は、残る重要な課題として、フラッター振動数を自動的に得る手法を提案、実証した。周期解に至ればフラッター方程式の残差は0となることから、流体方程式の残差を評価関数とし、これを最小化するよう振動数を更新した。幅広いマッハ数とフラッター速度インデックスに対して、共通の初期仮定値から正しいリミットサイクル振動が得られた。
振動の振幅は、フラッター境界の安定側では0であり、不安定側では急速に増大する。そのため、マッハ数－フラッター速度インデックス平面上に、上記解法で予測される様々な条件の振幅の応答曲面を構築すると、不連続的な変化を示す。このように、単純に多項式で表されない応答曲面を用いたフラッター境界予測のために、計画初年度に実施した多項式カオス展開による手法を用いる。パラメータを区間分割するマルチエレメント法、あるいは、展開の基底関数にウェーブレットを用いることで、不連続応答適切に表すことが可能である。
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