設計の楽しさ伝えます～人力飛行機の最適化という観点から～

yuukivel

目次

予備知識編　：　一般的な設計の流れ

主張編　：　最適化という考え方

応用知識編①　：　遺伝的アルゴリズムによる翼型最適設

計

応用知識編②　：　構造制約を考慮した最適循環分布設計

自作アプリの宣伝！

一般的な設計の流れ予備知識編

設計の流れ

大雑把な括りとその中身

空気力学設計循環分布設計

翼型設計 XGAG

材料力学設計桁設計

材料計算

安定性設計 尾翼設計

最適化という考え方主張編

最適化とは

Wikipediaより “ ある制約条件のもとで評価関数を最大化または最小化する解を探す”

何かを良くしようということ　 　最適化≒ 例えばタイムトライアル機の開発1. 評価関数のセット

何秒以内にゴール2. 制約条件の決定

予算～円TF回数　… etc

3. 解の探索………

人力飛行機設計における最適化

人力飛行機設計 手計算 or数値計算である 評価関数の表現が数式で表せる（文章ではなく） 制約条件が数値としてはっきりしている（ことが多い）

数学的・数値的最適化 数学的手法である 評価関数が定まればきちんと値を出してくれる 制約条件を満たす中での解を探索してくれる。

よく適合する！

私の考える「設計のたのしさ」

最適化　 into　現実 最適化は所詮「机上の理論」 机上の理論が現実になったとき、何が起こるのか？

狙い通りの性能が出たかはたまた出なかった？考慮していなかった現象が顕著に表れた...etc.

ある形に至るまでに存在する無数のアプローチ 「こういった考え方があるのか！」 「こうすればもっと効率的に設計できるのか！」

全てが美味しい「話の肴」

遺伝的アルゴリズムによる翼型最適設計

応用知識編①

応用知識編　について

最適化を人力飛行機に適用した例として、実際にどんなことをやっているのか

自作アプリの宣伝をして、広く使ってもらいたい

実際にやってみて、わりとアカデミックなことやっているなぁという感想。。。

問題提起

広く新翼型の開発に用いられる翼型混合

こうしたサイクルは「手動」で行われることが多い設計者にとって時間と労力がかかる

作って解析を繰り返すのは効率が良いと言えるのか？

ここにふたつ翼型があるじゃろ？

これをこうして…

こうじゃ！

翼型設計に対する需要

自由に、簡単に、欲しい性能の翼型を 多様化、高速する TT機 Dist機の低抵抗化の需要

その需要に応えます！

遺伝的アルゴリズムによる翼型最適設計

XGAG

遺伝的アルゴリズム（ GA）

【MMD】遺伝的アルゴリズムをやってみたhttp://www.nicovideo.jp/watch/sm10944345/videoExplorer これをみると GAがだいたい掴めてしまうという良動画（時間があったら再生します）

言葉で説明すると…「設計対象を遺伝子で表現し、解析→評価→交配→突然変異　を繰り返すことで大域的最適解を探索する方法」

GAを用いた翼型設計のメリット空力と構造両方に配慮した翼型設計

使用レイノルズ数での翼型抗力最小化 翼厚指定可能（ 桁が入らない翼の撲滅）≒ 揚力係数指定可能（ 設計した循環分布に合わせる）≒

純粋に進化の様子を見ていて楽しい 「この条件だとあの翼型っぽいものが生まれる」という発見

（「 GAで翼型最適化しました」てそれっぽくて格好いいよね）

設計の労力をへらしつつ機体抵抗の減少に大きく寄与する可能性！

【宣伝】 GA設計 GUIツール「 XGAG」

XGAG※アイコンは作成依頼中です

構造制約を考慮した最適循環分布設計

応用知識編②

循環分布とは

揚力は分布力 荷重試験

ペットボトル 1本でできますか？

翼効率 揚力の分布のさせ方によって、機体の抵抗が変わる 同じ縦横比のときに、より抵抗が小さい翼を「翼効率のよい翼」と呼ぶ

翼効率が最大（ =1)となるのが「楕円形の揚力分布」

楕円循環分布と「揚力中央寄せ」

楕円循環分布

揚力中央寄せ

空気力学だけを考えれば、楕円循環分布は誘導抵抗最小だよね。

でも実際はそんなこと無いんじゃない？どんな翼にも翼を成り立たせる構造が必要だ

し。

そうだね。それじゃあ揚力を翼根側に集めて桁を軽くした方がいいかも

ねー

その寄せ方、理論的に求める方法、あります！

構造制約を考慮した最適循環分布設計

通称「 TR-797の方法」 ラグランジュの未定乗数法 翼根曲げモーメントを指定して、その中で最小の抵抗

何が凄いのか

• 機体が kg単位で軽くなり得る。• ほぼ同じ機体重量でスパンが延ばせる

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TR797改を実装した GUIアプリ 実際の桁剛性・線密度を考慮した循環分布設計ができる どれだけ軽くなるかすぐわかる 初期設計にも使える

「Windmize」は近日公開！

本当は今日公開するつもりでした ソフトウェアはできています 欲しいという方は声をかけて下されば渡すことができます。（Windowsのみ）

公開用のブログページが書き終わりませんでした まったくもって言い訳ですがこんなことや あんなこと　をしていたら終わりませんでした。￥

アプリケーションのダウンロードや、もっと詳しい技術解説は私のブログ「 http://d.hatena.ne.jp/yuukivel/」へ「翼型　設計　 GUI」とかで検索しても出てきます

ご清聴ありがとうございました。このあともよろしくお願いします。