Design methodology development and demonstration of morphing airfoil that passively and positively uses aerodynamic force

被动和主动利用气动力的变形翼型的设计方法开发和演示

• 批准号: 21H01527
• 负责人: 今村 太郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01527/
• 关键词: モーフィング技術; 空気力学; 構造力学; 航空機設計; モーフィング翼; 風洞試験技術; 流体構造連成解析; 低レイノルズ数流れ

本研究の目的は、申請者らが提案する「空気力を受動的かつ積極的に利用する新しいモーフィング翼型」について、先行研究で得た変形特性ならびに空力特性を踏まえ、より空力・構造の観点で優れた形状・機構を提案することである。以下に、2022年度に取り組んだ３項目についてまとめる。１）これまでは、風洞試験のみで、受動的モーフィング翼の研究を行ってきていた。本年度は、受動的モーフィング翼型の空力性能および変形特性を予測するための空力構造連成解析手法を構築した。構造ソルバーおよび空力ソルバーそれぞれで単独に解析を行い、両者の間で解析結果をやり取りする弱連成手法を用いて、受動的モーフィング翼型の変形を静的空力弾性問題として扱った。変形形状、揚力係数およびモーメント係数に関しては、Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程式を用いた場合は風洞実験と概ね一致する結果が得られた。２）構造ソルバーの解析精度を検証するために、受動的モーフィング翼型の変形特性を静荷重試験により定量的に評価する方法を確立した。無風状態でモーフィング模型にコード方向の集中荷重を加え、荷重変位直線と変形形状を取得した。荷重実験結果と解析結果の比較を通じて、構造ソルバーは高い精度でモーフィング模型の変形を予測できることが示された。３）モーフィング翼型周りのオイルフロー流れの解析を実施した。モーフィング翼型周りにおいても層流剥離泡の存在が明らかになった。４）これまでは後縁部分が変形する受動的モーフィング翼型検討してきたが、本年度は前縁部分も含めて変形する受動的モーフィング翼型を３形状ほど検討した。

这项研究的目的是提出一种形状和机制，在先前研究中获得的变形和空气动力学特征，该形状和机制在空气动力学和结构方面都具有优越性，该形状和机制是“新型变形机翼类型，被动地利用申请人提出的空气动力学”。以下是我们在2022年开发的三个项目的摘要。1）直到现在，我们一直在仅使用风洞测试来研究被动变形的翅膀。今年，我们构建了一种空气动力结构耦合分析方法，以预测被动变形机翼的空气动力学性能和变形特性。独立分析了结构求解器和空气动力学求解器，并使用空气动力学求解器在两者之​​间交换分析结果，并且被动变形机翼的变形被视为静态气动弹性问题。当使用雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）方程时，结果通常与风洞实验一致。 2）为了验证结构求解器的分析精度，已经建立了一种方法来定量评估通过静态负载测试的被动变形机翼形状的变形特性。在没有风的情况下，将集中载荷沿代码方向施加，以获得载荷位移和变形形状的直线。负载实验结果与分析结果的比较表明，结构求解器可以高精度预测变形模型的变形。 3）对变形机翼周围的油流进行分析。在变形机翼周围也揭示了层状剥离泡沫的存在。 4）我们以前已经研究了后缘部分变形的被动变形机翼，但是今年我们检查了大约三个被动变形机翼，其中尾随边缘部分变形。

项目成果

3Dプリンタで一体製作した後縁部分を用いた受動的モーフィング翼型の製作および風洞実験

使用3D打印机一体式后缘部件制作被动变形翼型并进行风洞实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 髙木公貴;月崎竜童;西山和孝;山下裕介;鷹尾祥典;湯澤規子;吉井遼太・木村柊希・草野壱成・遠藤新;甲斐 翔子，高澤昇悟，越智 秀次，今村太郎
• 通讯作者: 甲斐 翔子，高澤昇悟，越智 秀次，今村太郎

Coupled aeroelasticity and flight dynamics of active morphing aircraft

主动变形飞机的气动弹性与飞行动力学耦合

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Soneda;N. Tsushima;T. Yokozeki;T. Imamura
• 通讯作者: T. Imamura

Aeroservoelastic characteristics of a corrugated morphing control surface

波纹变形控制面的气动伺服弹性特性

• DOI: 10.1007/s42405-022-00474-3
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• 影响因子: 1.7
• 作者: K. Soneda;N. Tsushima;T. Yokozeki;T. Imamura
• 通讯作者: T. Imamura

Aero-structural Simulation and Experimental Validation of Deformation of the 3D-printed Passive Morphing Airfoil

3D打印被动变形翼型的航空结构仿真与变形实验验证

• 发表时间: 2023
• 作者: Shuji Ochi;Shoko Kai;Kohei Takase;Kensuke Soneda;Taro Imamura;Kenichi Rinoie;and Tomohiro Yokozeki
• 通讯作者: and Tomohiro Yokozeki

Home The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021), Volume 1 Conference paper Low-Speed Wind Tunnel Testing of a Passive Camber Morphing Airfoil Using a 3D-Printed Compliant Mechanism

首页 2021 年亚太航空航天技术国际研讨会 (APISAT 2021) 第 1 卷会议论文 使用 3D 打印顺应机构对被动弯度变形翼型进行低速风洞测试

• DOI: 10.1007/978-981-19-2689-1_78
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021)
• 作者: Shoko Kai;Shogo Takazawa;Shuji Ochi;Taro Imamura;Tomohiro Yokozeki & Kenichi Rinoie
• 通讯作者: Tomohiro Yokozeki & Kenichi Rinoie