WEKO3
アイテム
昆虫羽ばたき飛行操縦性の流体-構造連成フレームワーク
https://doi.org/10.18997/00009166
https://doi.org/10.18997/00009166b7c3317b-09bf-4f24-873e-ded90b192fb2
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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jou_k_378.pdf (14.4 MB)
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| Item type | 学位論文 = Thesis or Dissertation(1) | |||||||||
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| 公開日 | 2023-04-04 | |||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | 昆虫羽ばたき飛行操縦性の流体-構造連成フレームワーク | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | Fluid-structure interaction framework for insect flapping flight maneuver | |||||||||
| 言語 | en | |||||||||
| 言語 | ||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||
| 著者 |
大西, 南斗
× 大西, 南斗
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| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | 羽ばたき飛行を行う昆虫は，静止飛行（ホバリング），前進飛行，急旋回，急上昇，離着陸などの優れた操縦性を駆使することで，世界中に生息域を拡大させてきた．羽ばたき飛行が優れた操縦性を獲得しているのは，その優れた空力性能に起因する．この優れた空力性能において，翼に生じる受動的な変形の重要性が示唆されている．したがって，操縦性のメカニズムを解明するためには，流体-構造連成を考慮した解析手法が必要である．しかし，従来の研究において，そのような解析手法は見当たらない．その理由として，昆虫飛行システムをまるごと解析することに伴う計算コストの増加や定式化の困難さが挙げられる．本研究の目的は，昆虫羽ばたき飛行操縦性を解析するための流体-構造連成フレームワークを開発することである．本フレームワークは（1）昆虫羽ばたき飛行操縦性の分離型解法，（2）受動的なフェザリングとキャンバリングのための流体-構造連成フレームワーク，および（3）流体-構造連成による受動的変形メカニズムによって構成されている．（1）では，昆虫羽ばたき飛行操縦性を解析するための分離型解法を提案する．提案解法では，昆虫飛行システム全体を翼と胴体のサブシステムに分離し，それらを翼基部に課した境界条件を介して連成させる．境界条件は，連成条件だけでなく，観測から示される翼の操縦性パラメータを含む翼基部の伝達関数も記述する．この定式化により，翼-流体間の連成と胴体-流体間の連成を別々に解くことができ，一体型解法を系全体に適用する際の定式化の困難さを回避することができる．まず初めに，最も単純な連成方法である片方向連成を用いて，ホバリング時からの胴体の摂動を解析する．翼サブシステムにおいて，翼と周囲の流体間の強連成解析を一体型解法の１つであるプロジェクション解法により実施し，推力を計算する．胴体サブシステムにおいて，この推力を用いた剛体運動解析を実施し，胴体の回転量を計算する．解析結果を実際の昆虫の観測結果と比較することで，提案する分離型解法の妥当性を示す．次に，胴体の状態を入力とし，翼の操縦性パラメータを出力とするフィードバック制御による翼と胴体サブシステムの双方向連成を用いて，操縦性解析を行う．本フィードバック制御の特性を明らかにし，提案する分離型解法の有効性を示す．（2）では，空力性能の向上に重要な昆虫羽ばたき翼の受動的なフェザリングとキャンバリングを同時に再現するための流体-構造連成フレームワークを構築する．フェザリングとキャンバリングを同時に再現可能なピクセルモデル翼を開発し，動圧を模擬した圧力を負荷する非線形構造静解析を行う．フェザリングおよびキャンバリングにより生じる変形を実際の昆虫の観測結果と比較することで，モデル翼の妥当性を評価する．ピクセルモデル翼では，2 章のモデル翼と比較して，解析自由度が大幅に増加する．したがって，解析を効率化するために，流体-構造連成システムの階層的メッシュ分割による並列アルゴリズムを提案する．本アルゴリズムでは，階層的メッシュ分割を用いて，流体領域に加えて構造領域に対して，連立１次方程式の反復解法の核となる行列-ベクトル積の計算を並列化する． | |||||||||
| 目次 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | TableOfContents | |||||||||
| 内容記述 | 1 全体の序論||2 昆虫羽ばたき飛行操縦性の分離型解法||3 受動的なフェザリングとキャンバリングのための流体-構造連成フレームワーク||4 流体-構造連成による受動的変形メカニズム||5 全体の結論 | |||||||||
| 備考 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 九州工業大学博士学位論文 学位記番号: 情工博甲第378号 学位授与年月日: 令和5年3月24日 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 昆虫羽ばたき飛行 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 流体-構造連成解析 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 操縦性 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 受動性 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 有限要素法 | |||||||||
| アドバイザー | ||||||||||
| 石原, 大輔 | ||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第378号 | |||||||||
| 学位名 | ||||||||||
| 学位名 | 博士（情報工学） | |||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||
| 学位授与年月日 | 2023-03-24 | |||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||
| 学位授与機関識別子 | 17104 | |||||||||
| 学位授与機関名 | 九州工業大学 | |||||||||
| 学位授与年度 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 令和4年度 | |||||||||
| 出版タイプ | ||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||
| アクセス権 | ||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||
| ID登録 | ||||||||||
| ID登録 | 10.18997/00009166 | |||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||
