2003 Fiscal Year Annual Research Report

次世代宇宙往環機における機体設計と飛行経路の統合的最適化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	02J08617
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	横山信宏東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
Keywords	宇宙往還機 / 統合的最適化 / 剛体運動 / メタモデル / 遺伝的アルゴリズム / スパースSQP
Research Abstract	本研究は,1.宇宙往還機の機体設計問題における解析モデルの高精度化・高速化,2.剛体運動を考慮した機体設計と飛行経路の統合的最適化,3.最適化問題を高速かつロバストに解く数値計算法の開発の3つを主な目的としている.1に関して,本年度は,パネル法およびTangent Cone/Wedge法を利用した自動空力解析プログラムを作成し,得られた解析データ空間を近似する関数(メタモデル)の作成法について検討を行った.その結果,Radial Basis Function Networkをメタモデルとして用い,独自に開発したサンプリング手法(Constrained Sub-Uniform Design)と組み合わせることによって,少数のサンプル点で高精度の近似を実現できることが確認された.2に関しては,縦運動のトリムを考慮した上で,機体設計と飛行経路を統合した最適化問題の定式化を行い,数値解を求めた.最適化計算の枠組みにおいて剛体空力特性の解析を行うことは,従来,計算負荷が大きくて困難であったが,本研究では1で検討したメタモデルを導入することにより,精度の確保と高速化を両立している.3については,制約付き最適化問題の準最適解をロバストに求められるようにするため,遺伝的アルゴリズム(GA)に基づく最適化手法の改良に取り組んだ.具体的には,最適化変数の離散化手法を工夫してスプライン関数の表現に柔軟性を持たせることで,最適化のロバスト性を向上させることを可能とした.また,GAによって得られた解を洗練させるための数値計算法として,疎行列計算を利用した逐次2次計画法(スパースSQP)を開発し,従来のSQPよりも遥かに速い収束特性を持たせることに成功した.改良したGAとスパースSQPによって,最適化計算のロバスト化,高速化という目的をある程度達成できたと考える.

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二: "遺伝的アルゴリズムを用いた最適制御問題の数値解法"日本航空宇宙学会論文集. 51・592. 17-24 (2003)
[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shnji Suzuki: "Modified Genetic Algorithm for Constrained Trajectory Optimization"Journal of Guidance, Control, and Dynamics. in press. (2004)
[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shinji Suzuki: "Trajectory Optimization via Modified Genetic Algorithm"AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit(Proceedings). AIAA-2003-5493 (2003)
[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shinji Suzuki, Takeshi Tsuchiya: "Construction and Evaluation of RBF Network Approximation for Space Plane's Aerodynamics"JSASS 17^<th> International Sessions in 41^<st> Aircraft Symposium(Proceedings). IS17-11 (2003)
[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "近似手法を利用した宇宙往還機の複合領域最適化"第47回宇宙科学技術連合講演会講演集. 1694-1699 (2003)
[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "トリム条件を含めたスペースプレーンの複合領域最適設計"日本航空宇宙学会第35期年会講演会講演集. 印刷中. (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

次世代宇宙往環機における機体設計と飛行経路の統合的最適化に関する研究

Principal Investigator

横山 信宏 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Research Products

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二: "遺伝的アルゴリズムを用いた最適制御問題の数値解法"日本航空宇宙学会論文集. 51・592. 17-24 (2003)

[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shnji Suzuki: "Modified Genetic Algorithm for Constrained Trajectory Optimization"Journal of Guidance, Control, and Dynamics. in press. (2004)

[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shinji Suzuki: "Trajectory Optimization via Modified Genetic Algorithm"AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit(Proceedings). AIAA-2003-5493 (2003)

[Publications] Nobuhiro Yokoyama, Shinji Suzuki, Takeshi Tsuchiya: "Construction and Evaluation of RBF Network Approximation for Space Plane's Aerodynamics"JSASS 17^<th> International Sessions in 41^<st> Aircraft Symposium(Proceedings). IS17-11 (2003)

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "近似手法を利用した宇宙往還機の複合領域最適化"第47回宇宙科学技術連合講演会 講演集. 1694-1699 (2003)

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "トリム条件を含めたスペースプレーンの複合領域最適設計"日本航空宇宙学会第35期年会講演会 講演集. 印刷中. (2004)

横山信宏東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "近似手法を利用した宇宙往還機の複合領域最適化"第47回宇宙科学技術連合講演会講演集. 1694-1699 (2003)

[Publications] 横山信宏, 鈴木真二, 土屋武司, 田口秀之: "トリム条件を含めたスペースプレーンの複合領域最適設計"日本航空宇宙学会第35期年会講演会講演集. 印刷中. (2004)