2014 Fiscal Year Annual Research Report
大型高精度宇宙スマート構造システム設計のための計算機および試験検証の融合
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26249131
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小木曽 望 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70295715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 宏明 防衛大学校, システム工学群, 准教授 (90532002)
岩佐 貴史 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90450717)
秋田 剛 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (20405343)
坂本 啓 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40516001)
池田 忠繁 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40273271)
仙場 淳彦 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 助教 (60432019)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / スマート構造システム / 不確定性伝播モデル / ロバスト最適設計 / 高精度画像計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は第一ステップとして，計算機検証法構築では，「1. スマート材料・複合材料特性の不確定性定量化モデル」，「2．スマートアンテナの性能評価モデル」，「3. 高精度構造解析および近似解法」に，試験検証法構築では，「1. 既存BBM試験と設計課題抽出」，「2. 高精度計測法の開発」，「3. 地上試験計測装置の設計」に取り組んだ．
「スマート材料・複合材料特性の不確定性定量化モデル」においては，複合材料製リフレクターの熱変形に着目し，強化繊維の配向角の不確定性が変形におよぼす影響を評価した．
「スマートアンテナの性能評価モデル」では，反射鏡アンテナシステムに関する構造解析結果や構造試験における形状計測結果から，アンテナの放射特性評価を行うための簡易解析システムを開発した．また，アンテナ光学系における位相誤差制御に関する新しい制御方法とそのたの構造システムの基礎を導出し，開発した解析システムを用いて，その有効性を評価した．
「不確定性伝播モデルを含む高精度構造解析およびその近似解析モデル構築」においては，(物性値が経時変化するモデルに対するデータ同化法の適用検討)として，アンサンブルカルマンフィルターを用いた簡易数値モデルの有効性をパラメータ推定実験により検証した．さらに，(接触・摩擦モデルを使った高精度構造解析モデルの構築)として，(i) 片持ちはりの治具部を接触モデルで構築した振動解析の検討，(ii) 支持部の接触・摩擦を考慮したはりの三点曲げ解析の検討 を通して，これらの影響を汎用FEMソフトを通して可視化できる手法を構築した．また，近似解析としては，近似最適設計法で導入されているRBFネットワークを用いた手法を，分担者が過去に構築したロバスト多目的最適設計法とを組み合わせる手法を開発した．
その他のテーマについては，次の「達成度」で示す．
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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
結果的に，計画より進んでいるテーマ，計画通りのテーマ，計画よりやや遅れているテーマがあり，トータルとして計画通りと判断した．まず，以下に，計画より進んでいるテーマについて記す．
「既存BBM試験と設計課題抽出」においては，既存BBMであるスマート副鏡の能動的形状制御の性能を評価するために，恒温槽内で地上実験計測装置を開発した．その計測結果より，構造システム構成要素間でのCTE不整合が変形におよぼす影響を軽減させることが必要であることを明らかにし，その対策として，アクチュエータの変位拡大機構において2種類の金属を組み合わせる手法を提案した．これにより，CTEが低いピエゾ素子がもたらす影響を相殺する機構を実現できた．さらに，アクチュエータの変位拡大機構を一体成形することで，製作上の不確定性を低減する機構が実現可能であることを明らかにした．
「高精度計測法の開発」においては，分担者等が過去に構築した形状計測システム（レーザートラッカーと格子投影法とを組み合わせた計測システム）を対象に，座標系の異なる計測結果を高精度に結合する方法として仮想ターゲット点を利用した高精度結合法を実現した．結合精度は形状計測に用いるカメラの計測精度とほぼ等しく，大型構造を領域分割して計測する目途が立った．
これに対し，「地上試験計測装置の設計」が遅れた．特に，試験に使う各種装置の選定が遅れたためである．これについては，担当者間の連携を深めて，27年度に精力的に進める予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目である平成27年度は，26年度の成果をもとに，研究者間の連携を深めていくことが不可欠であり，特に連携が必要となるテーマに対する計画を以下に示す．
[1] 「高精度解析の構築および近似解析」においては，本研究テーマで「既存BBM試験と設計課題構築」で得た試験結果を用いて，接触部における熱伝導が変形におよぼす影響を解析するためのモデル構築を進める．さらに，別の研究テーマで実施していた接触部の実験で得た知見より，接触部による摩擦が変形におよぼす影響をモデル化する．さらに，解析結果を可視化するために，それらの不確定要因が構造変形におよぼす影響を汎用FEMソフトを通してモデル化をする．その可視化は，28年度以降の研究推進のための連携強化に必要となる．
[2] 「不確定性を統合した解析モデル更新法」においては，平成26年度に構築した「スマートアンテナの性能評価」と「高精度計測法」との連携を強化する．高精度計測法により，既存のアンテナモデルを計測し，その形状モデルを用いてアンテナ電波特性を解析するとともに，形状計測誤差が電波特性結果におよぼす影響を評価する．さらに，既存のアンテナモデルにアクチュエータを取り付けた変形実験を行い，変形解析と実験の誤差，実験における計測誤差が，電波特性におよぼす影響を明らかにする．
[3] 「不確定性を考慮した最適設計法」においては，上記テーマで用いたアンテナモデルに対するアクチュエータ配置に関する最適設計問題に取り組む．「スマートアンテナの性能評価」を取り入れ，電波特性誤差の最小化も考慮する．
[4] 上記の連携結果を「高精度スマート構造プロトタイプ」の開発に活かしていく．そのためには，平成26年度で少し遅れていた「地上試験計測装置の設計」を進め，試験環境を整える．
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Research Products
(17 results)
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[Presentation] 形状可変鏡の熱解析モデルの構築2014
Author(s)
稲垣章弥, 坂本啓, David Valentin, 田中宏明, 石村康生, 大熊政明
Organizer
第23回スペース・エンジニアリング・コンファレンス [SEC'14]
Place of Presentation
コスモアイル羽咋(石川県・羽咋市)
Year and Date
2014-12-19 – 2014-12-20
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