風況条件や形状の不確かさを考慮した小型風車の最適設計とその有効性実証

• 研究課題/領域番号: 16K21047
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー; エネルギー学
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 山崎 渉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50598696)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 不確実性解析 / 垂直軸型風車 / 最適形状設計 / 応答曲面法 / 不確実性 / 風力 / 流体工学 / 設計工学 / 風車 / 不確かさ

研究成果の概要

本研究課題では、条件の不確かさを考慮した垂直軸型風車の最適形状設計を行う事を主題とし、不確実性解析手法の比較検討や、効率的な形状表現手法の提案、実験と数値解析データを融合した最適設計技術の開発なども行った。開発した手法を用いる事で、現実的な不確かさ要因を考慮した上で、より性能のロバストな、安定した性能を持つ垂直軸型風車のブレード形状を設計する事ができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題では、稼働条件などの変動に対してロバストな、安定した性能を持つ流体機械を効率的に最適設計する技術を開発し、それを垂直軸型風車の形状設計問題において検討した。開発技術は今後各種流体機械の設計に応用する事が可能であり、高性能な流体機械を短期間でかつ自動的に設計する事ができると考えられ、工学的な価値を十分に有するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Experiment / simulation integrated shape optimization using variable fidelity Kriging model approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Yamazaki
  • 雑誌名: Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing 巻: 11 号: 5 ページ: JAMDSM0053-JAMDSM0053
  • DOI: 10.1299/jamdsm.2017jamdsm0053
  • NAID: 130006172779
  • ISSN: 1881-3054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of Uncertainty Quantification Approaches in a Supersonic Biplane Airfoil Problem (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Yamazaki and Yuki Suga
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 巻: 60 号: 1 ページ: 10-17
  • DOI: 10.2322/tjsass.60.10
  • NAID: 130005180721
  • ISSN: 0549-3811, 2189-4205
  • 査読あり
• [学会発表] 不確実性を考慮した小型垂直軸型風車の翼形状最適設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今井伸哉、伴直彦、山崎渉
  • 学会等名: 日本機械学会北陸信越支部 第56期総会・講演会
• [学会発表] Effect of Flow Interaction Between Blade Airfoils on Optimal Airfoil Shapes of Small Vertical Axis Wind Turbine (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinya Imai, Naohiko Ban, Wataru Yamazaki
  • 学会等名: Fifteenth International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Uncertainty Quantification for Robust Design Optimization of Supersonic Biplane Airfoil (2018)
  • 著者名/発表者名: Masato Kasai, Soichiro Tabata, Wataru Yamazaki
  • 学会等名: Fifteenth International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] 小型ダリウス風車における翼間干渉効果が最適翼形状に与える影響の調査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林岳、伴直彦、山崎渉
  • 学会等名: 日本機械学会 北陸信越部 第55期 総会・講演会
• [学会発表] Design Optimization of Supersonic Biplane Airfoil Considering Uncertainties (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Kasai, Soichiro Tabata, Wataru Yamazaki
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Variable Fidelity Modelを活用した実験・数値解析融合最適設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山崎渉
  • 学会等名: 平成28年度航空宇宙空力シンポジウム
  • 発表場所: 鳥羽
• [学会発表] Uncertainty Analysis of Supersonic Biplane Airfoil Including Conditions of Choking Phenomenon (2016)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Hanazaki and Wataru Yamazaki
  • 学会等名: 13th International Conference of Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会
• [学会発表] 垂直軸型風車における実験・数値解析融合最適設計の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎渉、荒川裕太
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会／第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2016-07-06