2021 Fiscal Year Annual Research Report
特定方向に大きく曲げねじり変形する翼構造の提案とその性能評価
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21H01535
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
池田 忠繁 中部大学, 工学部, 教授 (40273271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横関 智弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50399549)
小木曽 望 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295715)
田中 宏明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (90532002)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | モーフィング翼 / 複合材料 / コルゲート構造 / 最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二重筒構造を用いたツイスト型モーフィング翼主構造において、高い曲げ剛性と適度なねじり剛性を両立できる外側部材形状に関する検討を実施し、外側部材を構成する梁部材のアスペクト比を調整することにより、適切な剛性バランスを実現できることを示した。また、3Dプリンタによるラティス構造の適用可能性検討を行い、その基本構造を変更することで、希望する曲げ剛性とねじり剛性のバランスを実現できることを示した。さらに、2形態で安定に固定される双安定構造に関して、刺しゅう機で強化繊維を配置した板構造を対象とし、実験と数値解析により安定形状や2形態への遷移駆動力の評価を行った。
フラップ部のモーフィング構造の候補としてコルゲート構造を考え、コルゲート方向を変化させた構造や曲線型コルゲート構造の幾何学的パラメータを変化させた場合の曲げ／ねじり剛性特性を数値解析モデルにより明らかにし、変形要求に応じた剛性設計を可能とするモーフィングフラップの設計手法を確立した。また、コルゲート構造を二次元化した卵パック構造を改良した板－円柱構造を提案し、3Dプリンタにより製作したスケール模型により、曲げ／ねじりの基本変形特性を確認した。
新しいモーフィング構造設計手法の開発においては、創成型の形態設計法である「インフィル構造創成法」をコンプライアント機構の形態設計に応用した。従来のトポロジー最適設計と異なり、得られた解そのままで実現可能な形態が創出できること、部材分布の異なる複数の形態候補が創出できることを示し、この手法をモーフィング翼構造に適用できる見通しを得た。また、モーフィングフラップのレジリエント運用を提案した。モーフィングフラップをスパン方向に分割することで、一部が故障しても全体の揚力を回復するだけでなく、翼根曲げモーメントを減少させるような舵角分布が得られ、その有効性を示した。
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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
2021年度当初の研究実施計画とは多少内容を変更しているが、最終目標に対しては着実に近づいている。
主構造に関しては、3Dプリンタを援用したラティス構造のモーフィング翼構造への適応に関した検討も進めており、特定方向の曲げ／ねじり変形を実現できる構造様式に関する見通しを得ている。双安定構造も先行して研究を進めた。
フラップ部に関して、曲線型コルゲート構造の剛性設計手法を確立し、柔軟フラップの設計のための基盤構築を行った。また、新たに板－円柱構造も提案した。
新しいモーフィング構造設計手法の開発においても、創成型の形態設計法である「インフィル構造創成法」がモーフィング翼の内部構造に適用できる見通しを得た。モーフィング翼のレジリエント運用の提案なども行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
モーフィング翼に適したラティス構造要素に関しては、基本構造要素の形状を工夫することで、翼の変形が大きくなった際に翼剛性を上げ、過剰な変形を起さない構造システムの実現を目指す。双安定板構造を立体構造に発展させる方法やその設計法を検討する。
コルゲート構造等を適用した柔軟フラップの剛性設計を行うと共に、動特性の解析手法を開発することで、モーフィング翼実現のための設計基盤の構築を目指す。
「インフィル構造創成法」をモーフィング翼の新しい形態設計に応用する。
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