特定方向に大きく曲げねじり変形する翼構造の提案とその性能評価

提出一种在特定方向上显着弯曲和扭转的机翼结构并评估其性能

基本信息

批准号：
21H01535
负责人：
池田忠繁
金额：
$ 10.48万
依托单位：
Chubu University
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01535/
关键词：
モーフィング翼複合材料コルゲート構造最適化

项目摘要

コルゲート構造等を適用した柔軟フラップに関しては、剛性設計を行うと共に、空力荷重作用時の変形や動特性の解析手法を開発することで、モーフィング翼実現のための設計基盤の構築を行った。ラティス構造のモーフィング翼主構造への適用に関しては、Cube型ラティスがウイングツイスト型モーフィング翼に適していることを明らかにし、また、Cube型ラティスを用いた小型無人機用の翼構造を製作し、地上試験によりウイングツイストを実現できることを確認した。さらに、刺しゅう機により補強繊維を部分配置することにより、ねじり形態の双安定板構造が出現することを有限要素解析により見つけ、実際に製作し確認した。リブを取り付け、立体翼構造状態での変形も確認した。また、双安定長方形板の2形態で固有振動数が大きく異なるモードを有限要素解析により見つけた。変形駆動に利用できるか検討中である。新しいモーフィング構造設計手法の開発において、レベルセット法に基づくトポロジー最適設計をモーフィング翼に適用する研究では、トポロジー最適設計で現れる空洞領域を小さな弾性を持つ領域ではなく、真の空洞領域として扱う手法を取り入れ、さらに、非線形変形の影響を考慮に入れる手法を開発し、非線形変形の効果を取り入れた設計法を開発した。また、前年度に「インフィル構造創成法」をコンプライアントグリッパーの形態設計に適用したが、そこで得られた形態はインフィル構造の性質を持たず、マクロな部材配置を有することが分かった。その一方、多様な形態が得られるため、「グレイスケール構造修正アルゴリズム」と呼び、その多様な形態を持つコンプライアントグリッパーを3次元プリンターで造形し、その力学特性を実験によって調べ、グリッパー部の変位と把持力にトレードオフ関係があることを定量的に明らかにした。この性質をさらに明確にするため、同手法の多目的最適化への展開を試みている。

针对波纹结构的柔性襟翼，我们进行了刚度设计，并建立了气动载荷作用下的变形和动态特性分析方法，为实现变形机翼奠定了设计基础。关于点阵结构在变形机翼主体结构中的应用，我们揭示了Cube型点阵适用于机翼扭转型变形机翼，并且利用Cube型点阵制造了小型无人机的机翼结构，地面试验也证实了这一点。可以实现机翼扭转。此外，通过有限元分析发现，通过使用刺绣机部分排列增强纤维，会出现扭转状双稳态板结构，并且我们实际制造并证实了这一点。我们还确认了附加肋骨后三维机翼结构的变形。此外，通过有限元分析，我们发现两种形式的双稳态矩形板具有显着不同的固有频率。我们目前正在考虑是否可以用于变形驱动。在新型变形结构设计方法的开发中，将基于水平集方法的拓扑优化设计应用于变形机翼的研究涉及到将拓扑优化设计中出现的空腔区域视为真正的空腔区域，而不是一个区域的方法此外，我们还开发了一种考虑非线性变形影响的方法，并开发了一种考虑非线性变形影响的设计方法。另外，在前一年，我们将“填充结构创建方法”应用于柔性抓手的形状设计中，但发现那里获得的形状并不具有填充结构的特征，而是具有宏观成分安排。另一方面，由于可以获得多种形状，我们将其称为“灰度结构修改算法”，并使用3D打印机打印各种形状的柔顺抓手，并通过实验研究其机械性能。握力和握力之间存在权衡关系。为了进一步阐明这个性质，我们试图将该方法扩展到多目标优化。