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2023 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

Research Project

Project/Area Number 21H01535
Research InstitutionChubu University

Principal Investigator

池田 忠繁  中部大学, 理工学部, 教授 (40273271)

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  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 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)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsモーフィング翼 / 複合材料 / コルゲート構造 / 最適化
Outline of Annual Research Achievements

コルゲート構造、ラティス構造、セルラー構造などの構造要素を適用した翼構造についての静的な構造特性、空力特性、及びフラッタ特性を考慮した多目的最適設計を試みた。様々な内部構造を表す設計変数を数式化して扱い、効率的な多目的設計手法を適用して、優れた特性を有する翼型とその内部構造を見出した。また、双安定構造に関しては、翼形態とするための外形材を取り付けた構造形態における変形特性を調べ、外形材や飛行中の大気温度による変形特性の変化の様子を明らかにした。
新たな最適化手法として、前年度に提案した「グレイスケール構造修正アルゴリズム」を多目的最適設計問題へと拡張し、例題としてコンプライアントグリッパーの形態設計を行った。3次元プリンターによりグリッパーを造形し、グリッパー部の変位と把持力の特性を実験により明らかにした。レベルセット法に基づくトポロジー最適設計をモーフィング翼に適用する研究では、非線形変形の影響を考慮に入れる手法を開発し、非線形変形の効果を取り入れた設計法を開発した。さらには、空力と構造の連成効果を考慮した最適設計問題に拡張し、目標変形形状を必要とせず、空力性能を目的関数としたトポロジー最適設計問題として定式化した。
本研究課題の集大成として、ラティス構造を適用したモーフィング翼を有する小型無人機に関する風洞実験を行うとともに、実飛行試験を実施し飛行が可能であること、モーフィングを用いた無人機の操縦が可能であることを実証した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Evaluation of Structural Characteristics of Lattice Structure and Proposal of Shear Stopper Lattice for Application to Twist-Morphing Wings2024

    • Author(s)
      NISHIJIMA Yuta、TANAKA Hiroaki
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      Volume: 22 Pages: 33~40

    • DOI

      10.2322/tastj.22.33

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Level-set-based topology optimization of a morphing flap as a compliant mechanism considering finite deformation analysis2023

    • Author(s)
      Kambayashi Keita、Kogiso Nozomu、Watanabe Ikumu、Yamada Takayuki
    • Journal Title

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      Volume: 66:223 Pages: 1~17

    • DOI

      10.1007/s00158-023-03670-1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Dynamic aeroelastic response of camber morphing aircraft2023

    • Author(s)
      K. Soneda, N. Tsushima, T. Yokozeki, T. Imamura
    • Organizer
      Aerospace Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aeroelastic optimization of a cellular flying car wing using Thompson Sampling efficient multiobjective optimization (TS-EMO) algorithm2023

    • Author(s)
      S. Wu, T. Yokozeki
    • Organizer
      AeroBest 2023, II ECCOMAS Thematic Conference on Multidisciplinary Design Optimization of Aerospace Systems
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ラティス構造を用いたツイスト型モーフィング翼を持つ小型無人機の開発2023

    • Author(s)
      西島 雄大, 田中 宏明
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第 65 回 構造強度に関する講演会
  • [Presentation] Fundamental Study on Aerodynamic-Driven Topology Optimization of Compliant Morphing Airfoil Using Panel Method2023

    • Author(s)
      K. Kambayashi, N. Kogiso
    • Organizer
      14th Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コンプライアントグリッパーの多目的トポロジー最適設計と実験による性能検証2023

    • Author(s)
      小山 健太, 小木曽 望
    • Organizer
      日本機械学会 第33回設計工学・システム部門講演会
  • [Presentation] 双安定を利用した低騒音スラット収納機構2023

    • Author(s)
      山下 大輔, 青山 恵, 嵯峨田 宗博, 池田 忠繁
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第60回関西・中部支部合同秋期大会
  • [Presentation] 刺しゅう機を用いて製作したねじれ双安定CFRP構造2023

    • Author(s)
      狩野 真之介, 池田 忠繁
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2023 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 刺しゅう機を用いて製作した双安定CFRP構造における変形駆動力-変位関係のエネルギー法による解析2023

    • Author(s)
      水上直樹, 狩野真之介, 池田忠繁
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第65回構造強度に関する講演会
  • [Presentation] コルゲート型モーフィング尾翼を用いた縦運動制御に関する研究2023

    • Author(s)
      曽根田 健輔, 津島 夏輝, 横関 智弘, 今村 太郎
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第61回飛行機シンポジウム
  • [Presentation] モーフィング翼への適用に向けた X-ラティス構造の検討2023

    • Author(s)
      田中 宏明, 加藤 弘雅, 西島 雄大
    • Organizer
      日本航空宇宙学会 第61回飛行機シンポジウム
  • [Presentation] Deformation Analysis of a Bi-stable CFRP Structure Fabricated with an Embroidery Machine2023

    • Author(s)
      Shinnosuke Kano, Tadashige Ikeda
    • Organizer
      The 23rd International Symposium on Aerospace Technology & Manufacturing Process (ISATMP-23, 2023)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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