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2016 年度 実績報告書

空力浮上式鉄道「エアロトレイン」の機体設計パラメータと安定性に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26420814
研究機関東京工業大学

研究代表者

菅原 雄介  東京工業大学, 工学院, 准教授 (60373031)

研究分担者 菊地 聡  岐阜大学, 工学部, 准教授 (40312665)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード地面効果翼機 / エアロトレイン / 特殊航空機
研究実績の概要

本研究では,地面効果を利用し浮上走行を行う鉄道であるエアロトレインに関して,風洞実験により地面効果域内での揚力や抗力,モーメントをモデル化し,機体の力学モデルを用いたシミュレーションにより翼配置・翼面積・重心位置などの機体の形状パラメータが制御性・安定性に及ぼす影響を考察することにより,機体形状の設計論を構築することを目的としている.
まず最終年度の研究実績としては,前年度に開発した機体の縦系の運動モデルを拡張し,地面効果の非線形性を考慮した空気力モデルを導入した3次元動力学モデルを導出した.またこれをMaplesoft社の動力学シミュレーションソフトウェア「MapleSim」を用いて実装し,シミュレーション環境の構築を行った.また,前後浮上翼の干渉特性と前後対称翼の風洞実験を行い,効率向上のための知見とモデリングのためのデータを取得した.
全期間を通じた研究成果としては,まず,空力特性のモデリングの高精度化のために風洞実験を行い,これまで得られていなかった地面効果下での補助翼の影響,前後の翼干渉の影響,負の迎角時の空力特性,前後対称翼の空力特性のデータを得た.補助翼が動いた際の空力特性の応答遅れを調べた.次に,地面効果の非線形性を考慮した空気力モデルを含むエアロトレインの縦系の動力学モデル,次いでこれを拡張し横・方向系を含む3次元の動力学モデルを構築した.またこれを用い機体重心位置や前後の浮上翼面積の配分,水平尾翼の有無を変化させて挙動を調べたところ,これまでのエアロトレインの構造ではいずれも不安定となり,これらの機体形状パラメータは安定性にほとんど影響を与えないこと,水平尾翼の装着によって安定性が大きく改善することが分かった.以上の知見は機体形状の設計に資するものである.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] 人力ロボティクスの研究(第9報,人力関節駆動機構における回生エネルギを用いた駆動アシスト)2017

    • 著者名/発表者名
      島悠貴,菅原雄介,松浦大輔,武田行生,遠藤央,岡本淳
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 発表場所
      福島県
    • 年月日
      2017-05-12
  • [学会発表] エアロトレインの機体形状と安定性に関する研究(第3報,3次元動力学モデルの構築)2017

    • 著者名/発表者名
      ジェレミージョン,本田康裕,菅原雄介,菊地聡,小濱泰昭
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 発表場所
      福島県
    • 年月日
      2017-05-11
  • [学会発表] 前後対称翼の地面効果特性2017

    • 著者名/発表者名
      加藤 政宏,河内 和観,菊地 聡,今尾 茂樹,小里 泰章
    • 学会等名
      機械学会東海支部第66期総会講演会
    • 発表場所
      静岡県
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] エアロトレインの機体形状と安定性に関する研究(第2報,縦系運動における水平尾翼の効果)2016

    • 著者名/発表者名
      Jeremy Jong,松本卓,本田康裕,菅原雄介,菊地聡,小濱泰昭
    • 学会等名
      第17回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2016優秀講演賞受賞)
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2016-12-15
  • [学会発表] タンデム配置された翼の地面効果特性2016

    • 著者名/発表者名
      髙橋翔太,菊地聡,今尾 茂樹,小里泰章
    • 学会等名
      日本流体力学会中部支部講演会
    • 発表場所
      岐阜県
    • 年月日
      2016-12-02
  • [学会発表] 人力ロボティクスの展開2016

    • 著者名/発表者名
      菅原雄介
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門東北地区特別講演会「ヒトとロボティクス」
    • 発表場所
      宮城県
    • 年月日
      2016-09-27
    • 招待講演
  • [学会発表] 人力ロボティクスの提案2016

    • 著者名/発表者名
      菅原雄介,遠藤央,岡本淳,松浦大輔,武田行生
    • 学会等名
      日本機械学会2016年度年次大会機素潤滑設計部門企画先端技術フォーラム「常識にとらわれない機構の応用」
    • 発表場所
      福岡県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Human-Powered Robotics - Concept and One-DOF Prototype2016

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara
    • 学会等名
      The 21st CISM IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control (ROMANSY2016)
    • 発表場所
      Udine, Italy
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-23
    • 国際学会
  • [学会発表] 人力ロボティクスの研究(第8報,回生クラッチを用いた人力関節駆動機構の試作)2016

    • 著者名/発表者名
      菊井健介,菅原雄介,松浦大輔,武田行生,遠藤央,岡本淳
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
    • 発表場所
      神奈川県
    • 年月日
      2016-06-10

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公開日: 2018-01-16  

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