Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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、2021年度に取り組んだ３項目についてまとめる。
１）翼厚比12%の翼型を基準とした新しいモーフィング模型の製作に取り組んだ。従来は、柔軟な素材からなる翼上下面とベアリング接続したスポークからなる機構を実現するため、比較的翼厚比の大きい翼型（翼厚比24%）を採用していた。新しい模型は柔軟な素材（ゴム状）の印刷が可能な三次元プリンタを導入したことにより、柔らかい機構が一体製作され、模型の製作精度も向上した。新しい模型を用いた風洞試験を通じて、意図する空力性能向上及び変形特性を有することを実証した。
２）研究室が所有する風洞を用いた試験方法の向上に取り組んだ。以前の風洞試験計測の結果では、翼型が発生させる揚力の傾き（揚力傾斜）が理論値と大きく異なっており、その原因が特定できていなかった。精密な金属製模型を製作し風洞試験を行った結果、主要因が風洞壁補正で説明でき、副次的な効果として三次元プリンタによる製作に伴う表面粗さが影響していることが明確になった。この知見は、数値解析による受動的モーフィングデザインにおいて必須となる、風洞試験と比較において重要なものである。
３）表面圧力係数計測模型を用いた表面圧力計測やオイルフローを実施し、基準となるNACA0012翼型（剛体）周り低レイノルズ数流れの理解を深めた。翼表面における剥離（層流剥離泡）や失速パターンが明らかになり、既往研究の結果と定性的に一致した結果が得られ、風洞計測技術が向上した。また、製作した後縁受動的モーフィング翼の空力性能の向上は、層流剥離泡の消失に伴うものであることが予期される結果が得られた。

モーフィング翼 / 流体構造連成 / 空力デバイス / 低速風洞実験 / 数値流体力学 / モーフィング技術 / 空気力学 / 構造力学 / 航空機設計 / 流体力学 / 流体制御 / 風洞試験 / モーフィング翼型

本研究の目的は，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の空力特性を解明するとともに，より効率的に変形する新しい構造や，新しい空力デバイスの可能性を探索することである。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を製作し、模型の変形形状を計測するとともに翼型模型に働く空気力の計測を行うための低速風洞試験を実施した。風洞試験においては、当初狙った通り，受けた力の方向に逆らって変形する様子が観察され，同時に変形しない翼型と比較して高迎角域において高い揚力係数となることが示された。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のコンセプト実証ができた。

モーフィング翼とは飛行状態に応じてその形状を変化させる翼であり，航空機の飛行時間短縮や燃費低減を実現する技術である．これまでも様々なモーフィング翼型の研究がなされてきているが，それらは全てアクチュエータを用いて能動的に変形を制御する機構を有するものである．一方，翼型周りの圧力を受けて受動的に変形する機構を組み込んだ翼型については未開拓分野であった。学術的にも空力・構造連成の新しい問題である。航空分野においては電動航空機やドローンなどの新しいタイプの航空機が出現しつつあるが、受動的モーフィング翼はそれらに適用可能な新しい空力デバイスとしての展開が期待される。

Morphing wing / Composites / 航空工学 / 構造力学 / モーフィング翼 / 複合材 / 航空宇宙工学 / 構造・機能材料

本研究では、航空機構造の形状を任意に変化させ、飛行性能や飛行特性を向上させる技術を実現する手法として、超異方性複合材を用いたモーフィング翼構造を提案した。実機相当の翼型を対象として、後縁部をモーフィング部とした翼構造の構造解析を試み、ワイヤー駆動型のモーフィング翼を設計した。超異方性複合材を用いて、モーフィング翼模型を製作し、風洞試験にて、気流中における駆動実証を試み、30m/sまでの気流中において、モーフィング翼の駆動を実証した。モーフィング翼の実現性の実証と設計基盤技術の構築に成功した。

【研究分担者】
李家賢一	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	教授	(Kakenデータベース)
横関智弘	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
李家賢一	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	教授	(Kakenデータベース)
横関智弘	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	准教授	(Kakenデータベース)