2023 Fiscal Year Annual Research 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), 研究員 (00774035)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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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 |
最終年度に、数値・解析モデルを用いて、2台から最大100台のAUV(自律型無人潜水機)集団の最適化隊形を計算し、AUV集団エネルギー最適化の隊形として、各AUVが前のAUVの斜め後方に位置する「チェーン形態」隊形が発見された。工学実験領域では、単体のAUVと2台AUV集団の曳航試験を実施し、実験の結果を分析した。
研究期間全体を通じて、AUV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解明を目指し、複数の領域で進歩が達成された。
1. 数値・解析モデルの領域では、ポテンシャル流原理に基づくハイブリッドなアルゴリズムが構築された。このアルゴリズムでは、まず計算流体力学ソフトウェアを使用して単一AUVの流場特性をシミュレーションし、次に複雑なAUVの流場を時間平均化して、複数のポテンシャル流の渦環と一つの無運動量のポテンシャル流の後流の集合に変換する。ポテンシャル流の重ね合わせの可能性により、多数のAUV集団の高次元最適化問題の計算コストを、既存のコンピュータで扱える範囲に軽減することができ、AUV集団の最適化隊形を計算し、AUV集団のエネルギー最適化の「チェーン形態」隊形が発見された。研究方法と結果は流体力学分野の権威のある学術論文誌「Journal of Fluid Mechanics」に掲載された。
2. 工学実験領域では、海洋研究開発機構の水槽で、単体のAUVと2台AUV集団の曳航試験を実施した．様々な隊形下のAUVの抗力と外乱力を測定し、単体のAUVの性能と比較して、2台のAUV集団の流体力学影響を解明した．３Dプリンタで簡易化されたAUV模型を製作した．AUV模型は本体と推進プロペラで構成され、推進力が外部で制御、自走モード（推力＝抗力）で曳航試験を行った．実験の結果、は数値・解析モデルだけでは得られない情報も提供しており、重要な学術的・応用的な意義がある。
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