2020 Fiscal Year Research-status Report
Improvement on energetic efficiency and stability of AUV group based on formation configration optimization
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20K14978
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
李 根 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), Young Research Fellow (00774035)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 潜水機集団運用 / 隊形 / 最適化 / エネルギー効率 / 航行安定性 / 流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、流体力学の観点に基づいて、AUV(自律型無人潜水機)集団隊形によるエネルギー効率および航行安定性の影響の流体力学メカニズムの解明を目指す.今年度は、数値・解析・実験の三つの領域で研究を進んだ．
1.数値研究領域では、まずAUV船体とプロペラの高精度3次元実物大モデルを作成した．その上、商用の計算流体力学ソルバーを用いて、単体のAUV自走モード（推力＝抗力）で数値シミュレーションを実行し、各速度Uでのプロペラ回転数）、AUVの抗力とパワーを取得した．実験で取得困難の単体のAUV流れ場と応力場に関する情報を獲得した．現在、２台のAUVの数値シミュレーションを実行、様々の集団隊形下の各AUVの流れ場と応力場の情報を分析している．（研究協力者：中国上海交通大学Dr. Lei Duan）
2.解析研究領域では、AUVの時間平均流れ場をポテンシャル流れとして簡素化する上、ポテンシャル流れの重ね合わせ原理により、解析アルゴリズムを開発した．この解析アルゴリズムを利用して、数十のAUV集団運用の理論的な最適な集団隊形を見つけた．ただし、この解析アルゴリズムは現在、マイクロAUV（層流状態）にのみ適しており、実物大AUV（乱流状態）の適用は来年さらに検証する必要がある．（研究協力者：東工大Dr. Dmitry Kolomenskiy）
3.工学実験領域では、簡易化された実物大AUV曳航模型を試作した．AUV曳航模型は３Dプリンターで製作した艇体と水密推進システム（電子キャビンや推進プロペラを含め）で構成され、推進力が外部制御によって調整出来る．AUV曳航模型の１台目の製作を完成して、２台目の製作を進行中である．
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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
本研究は数値・解析・実験の３つの研究領域に分かれて実施され、今年度は3つの研究領域すべて進んでいる． 新型コロナウイルス感染拡大の影響で、研究時間と研究協力者間コミュニケーションの効率はある程度で低下したが、今年の研究予定は基本的に完了したと考えられる．
当初の計画では、本年度に数値領域の研究が完了することを予定したが、実際の状況は50％完了している． 単体のAUVのモデリングとシミュレーションが完了し、複数のAUVのシミュレーションが始まったばかりである． しかし、数値領域の研究は比較的遅いものの、来年度に完了すると予定された解析領域の研究の大部は、今年度すでに完了した．そして、工学実験部分の進捗は予想通りである．
したがって、研究は計画通り順調に進んでいると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
1.数値研究領域では、2台のAUVの数値シミュレーションを実行し、様々の集団隊形下の各AUVの抗力、パワー、外乱力などを取得し、各AUVの単位距離当たりのエネルギー消費量（エネルギー効率）、航行安定性、流れ場と応力場の情報を分析して、AUV間の流体相互作用のメカニズムの解明を目指す． 2つのAUV間の相対位置を変更することにより、最適な集団隊形を見つける．
2.解析研究領域では、最も重要なタスクは、実物大AUV（乱流状態）に適用の妥当性検査である．解析アルゴリズムの結果と数値モデルの結果を比較し、解析アルゴリズムを検証する。解析アルゴリズム検証の上、任意のAUVの台数のパラメータ空間に拡張する理論最適解を解明することである．
3.工学実験領域では、海洋研究開発機構の多目的実験水槽を利用して、単体のAUVと2-3台AUV集団の曳航模型試験を実施する．
4.ネットワークミーティングを通じて、新型コロナウイルスの影響を乗り越えて、研究協力者と間のコミュニケーションを強化する．同時に、新型コロナウイルス感染拡大の影響で多くの学会が閉会したため、情報源や研究成果発表の機会をより積極的に模索する必要がある．
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