モーフィング航空機の舵面・全機スケールにおける構造・空力・制御連成解析手法の構築

开发变形飞机控制面和整机尺度的结构、空气动力学和控制耦合分析方法

基本信息

批准号：
22KJ0892
负责人：
曽根田健輔
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代航空機では、翼形状を滑らかに変化させるモーフィング技術により、航空機の更なる性能向上が期待されている。本研究では、このモーフィング技術を適用した舵面を有する航空機について、舵面・全機の両スケールを考慮した多分野連成解析技術の確立を目的とし、以下の三項目に取り組んだ。（１）舵面スケールでの連成解析：モーフィング翼に関する従来研究は、静的な構造空力連成を考慮した性能評価が主であった。本研究では、モーフィングに伴う変形を考慮できる計算効率に優れた構造空力連成モデルに翼の空力特性に関する制御を導入し、構造・空力・制御連成モデルを構築した。数値解析より、非常に柔軟なモーフィング構造設計を行うと、外乱に対する制御性能が低下することを示した。（２）全機スケールでの連成モデル構築：（１）で構築している構造空力連成モデルと飛行力学モデルを連成させ、航空機全体の剛体飛行運動を考慮した連成問題を取り扱うことができる解析手法を構築した。構築した解析手法は他の解析コードとの比較を通じ、その妥当性を検証した。この解析手法は、モーフィング翼において重要なキャンバー変形を考慮できる点が、従来手法から拡張されている。（３）モーフィング航空機の飛行制御シミュレーション：開発した解析手法に飛行運動に関する制御を組み込み、モーフィング構造の剛性の異なる機体モデルに対し、飛行制御シミュレーションを実施した。モーフィング構造を非常に柔軟な設計とすると、空気力の影響が大きくなり、それに伴う弾性変形の影響から、飛行制御性能が悪化することが示された。一方、適度な剛性を確保することで、この問題を避け、従来舵面の代替として機能することが示された。

在下一代飞机中，预计翼形的变形技术将进一步改善飞机的性能。这项研究旨在建立多学科耦合分析技术，同时考虑了应用该变形技术的所有尺度，并解决了以下三个项目。（1）在方向舵量表上的耦合分析：关于静态结构空气动力学耦合的先前有关变形叶片的研究主要集中在性能评估上。在这项研究中，我们引入了有关刀片的空气动力特征的控制，具有出色的计算效率的结构空气动力学耦合模型，该模型允许与变形相关的变形，并构建了结构性，空气动力和对照耦合模型。数值分析表明，当进行非常灵活的变形结构设计时，针对干扰的控制性能会恶化。（2）在所有飞机尺度上构建耦合模型：在（1）和飞行动力学模型中构建的结构空气动力学耦合模型耦合以创建一种分析方法，该方法可以考虑整个飞机的刚体飞行运动，以解决耦合问题。通过与其他分析代码进行比较来验证构造分析方法的有效性。该分析技术已从常规技术扩展到，因为可以考虑到变形翼中的重要倾角变形。（3）用于变形飞机的飞行控制模拟：与飞行运动相关的控制被合并到开发的分析方法中，并在变形结构刚度不同的飞机模型上进行了飞行控制模拟。已经表明，高度灵活的变形结构的设计将对空气动力作用产生更大的影响，弹性变形的相关效果将恶化飞行控制性能。另一方面，已经表明，通过确保适度的刚度，可以避免此问题，并且可以作为常规舵表面的替代方案。