過減衰系ダイナミクスのみを適用した航空機の横風応答ゲイン低減に関する研究

仅应用过阻尼系统动力学的飞机侧风响应增益降低研究

基本信息

批准号：
22KJ1569
负责人：
渡邊俊
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nagoya University
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

小型固定翼機は横風突風遭遇時に大きな姿勢角変化が生じやすいため，横風突風下での着陸時に重大な事故を引き起こす恐れがある．この問題を解決するために当該研究者は，固有運動（機体形状）の観点から姿勢角変化が生じにくい新しい固定翼機コンセプト「QNDD機」を提案した．本研究ではQNDD機の実現性向上を目的とし，以下の3つの研究項目に取り組んだ．(1)QNDD領域拡大：飛行性能を表現する数理モデルを構築し逐次線形二次計画法を用いて，主翼弾性変形を考慮した際のQNDD領域（安定微係数面でのQNDD性能維持可能領域）を最大化する機体形状を得た．得られた機体形状において，主翼は内翼，外翼にそれぞれ大きな上，下反角をもつガルウイング，尾翼はV字翼である． (2)飛行性能分析：機体形状変数（主翼内翼上反角，主翼外翼下反角，尾翼上反角）が変更可能な小型模型滑空機（全幅約600mm）を製作した．風洞試験によって本機体の安定微係数を測定し，上記3つの機体形状変数で決まる安定微係数を軸とする3次元等高面図を作成した．得られた3次元等高面図を基にQNDD性能を有する小型模型滑空機の形状パラメータを確定し，横風突風環境下での姿勢角変化量をモーションキャプチャにより測定した．測定結果より，QNDD機では方位角変化量が大きく低減される一方，横風突風遭遇後にロール方向に不安定な挙動を示す場合があることが明らかになった．この知見は，今後のQNDD機実現のプロセスで検討すべき，新たな課題である．(3)制御出力モーメント測定：主翼・尾翼・胴体・舵面間の空力干渉を考慮可能な計算環境を構築し，QNDD機が発生可能な制御モーメントを求めた．その結果，QNDD機は従来機と同等の制御モーメントが発生可能であることを明らかにした．この結果は，QNDD機の実現可能性を大きく高めるものである．

小型固定翼飞机在遭遇阵风侧风时往往会发生较大的姿态角变化，在阵风侧风下着陆时可能会导致严重事故。为了解决这个问题，研究人员提出了一种新的固定翼飞机概念，称为QNDD飞机，从自然运动（飞机形状）的角度来看，它不太可能改变其姿态角。在本研究中，我们进行了以下三个研究项目，旨在提高 QNDD 机器的可行性。 (1) 扩展QNDD区域：建立表达飞行性能的数学模型，并在考虑主翼弹性变形的情况下，使用顺序线性二次规划来考虑QNDD区域（在稳定导数方面可以保持QNDD性能的区域）我们获得了最大化的机身形状。获得的机身形状中，主翼为内外翼分别具有大上反角的鸥翼，尾翼为V形翼。 (2)飞行性能分析：制作了可改变机身形状变量(主翼内翼二面角、主翼外翼上反角、尾翼二面角)的小模型滑翔机(总宽度约600mm)。通过风洞试验测量了该飞机的稳定性差系数，并以上述三个飞机外形变量确定的稳定性差系数轴绘制了三维等高线图。基于获得的3D等高线图，我们确定了具有QNDD性能的小型模型滑翔机的形状参数，并使用运动捕捉测量了侧风阵风环境中的姿态角变化。测量结果显示，虽然QNDD飞机显着减少了方位角变化量，但在遇到侧风阵风后，它有时会在滚转方向上表现出不稳定的行为。这个知识是未来实现QNDD机器过程中应该考虑的新问题。 (3)控制输出力矩的测量：构建了考虑主翼、尾翼、机身和操纵面之间气动干扰的计算环境，确定了QNDD飞机可以产生的控制力矩。结果表明，QNDD 机器可以产生与传统机器相同的控制力矩。这一结果大大增加了实现QNDD机器的可能性。