サイレント超音速飛行実現のための実験・計算融合
研究
著者
大林 茂
サイレント超音速飛行実現のための
実鹸･計算融合研究
課題番号: 15206091
平成1 5年(2003年)度∼平成18年(2006年)度
科学研究費補助金(基盤研究(A) )
研究成果報告書
平成19年3月
研究代表者 大 林 茂
(東北大学流体科学研究所･教授)
研究課磨 課題番号 研究組織 サイレント超音速飛行実現のための実験･計算融合研究 1 5206091 研究代表者 大林 茂(東北大学 流体科学研究所･教授) 研究分担者 早瀬 敏幸 中橋 和博 佐宗 幸弘 膏藤 務 松島 紀佐 吉田 憲司 (東北大学 流体科学研究所･教授) (東北大学大学院 工学研究科･教授) (名古屋大学大学院 工学研究科･教授) (室蘭工業大学機械システム工学科･教授) (東北大学大学院 工学研究科･助教授) (独立行政法人宇宙航空研究開発機 総合技術開発本部･セクションリーダー) 牧野 好和 (独立行政法人宇宙航空研究開発機 総合技術開発本部･主任研究員) 高木 亮治 (独立行政法人宇宙航空研究開発機 宇宙科学研究本部･助教授) 交付決定額(配分額) (金額単位:千円) 直接経費 亊I ｨﾆ N 合計 2003年度 途ﾃ 2,340 ﾃ C 2004年度 Bﾃc 4,380 づ塔 2005年度 途ﾃs 2,310 ﾃ 2006年度 途ﾃ 2,370 ﾃ#s 総計 づ ll,400 鼎津C 1
-研究の概要と本報告書の内容 近年､民間の超音速輸送機(SST)の分野では､小型超音 速旅客機や超音速ビジネスジェット(SSBJ)の開発計画が 世界的に注目されている｡米国では､エアリオン社やsAI社 などが開発計画を打ち出し､ 2012-13年の市場投入を目指し =▲ ている｡欧州では､仏国ダッソ一社を中心にHISACと呼ばれ るSSBJ開発計画が進められている｡我が国でも､第3期科学 技術基本計画l)の分野別推進戦略においてソニックブームの 図1.エアリオンSSBJ ( http ://www. aerionco rp. com /info_downloads.html) 低減が掲げられおり､これに対応して文部科学省では｢次世 代超音速機技術の研究開発｣が重点的に進めるべき研究開発として取り上げられ2)､ 宇宙航空研究開発機構(JAXA)において2012年までにソニックブームを半減する機 体設計技術の実証を行う｢静粛超音速研究機の研究開発｣が検討されている3)0 2005 年10月には､日本航空宇宙学会において研究代表者を主査とするサイレント超音速旅 客機研究会が発足し､組織を横断してオール日本で超音速機の研究開発に取り組む体 制が整いつつある｡ 一方､ 2005年には､米国におけるSST開発の歴史をまとめた､ High-Speed Dreams:
NASA and the Technopolitics of Supersonic Transportation, 1945-1999 (Erik M. Co nway著)という本4)が出版された｡この本では､ SST実用化の最大の壁は､航続距離や 燃費の悪さという技術問題ではなく､社会に受け入れられなかった掻音問題にあるこ とを指摘している｡また､ 1990年代における米国におけるSST開発失敗の一因は､短 期的な実用化を求めて､プロジェクトの初期で保守的な空力形状に固定してしまった ことにあると論じている｡現在の研究開発プロジェクトは､ ′1､型機やビジネスジェッ
トで超音速飛行を行うという点で､まさに小型化により騒音問題を解決することが主
眼となっており､この本の主張に沿っている｡しかし､大型旅客機としてSSTが成立 するための技術革新は十分ではない｡革新的な空力形状の例として斜め翼が知られて いるが､米国では今年2006年春にDARPAで斜め翼の無 人飛行実証計画が立ち上がり､ 2011年の飛行実証を目 指している5)oこうした背景より､我が国でもJAXAの ､一㌧ ｢静粛超音速研究機の研究開発｣と並行して､より革 てこ了一読二,症′.. r-∼ 新的な超音速飛行技術の実証が望まれる｡ 図2･ T)ARPA斜め重機概鯛 本報告書は上記のプロジェクトに先立ち2003-2006年度に科学研究費補助金基盤研 究(A)(2)研究番号: 15206091 ｢サイレント超音速飛行実現のための実験･計算融合研 究｣で実施した研究成果をまとめたものである｡特にサイレント(静粛)超音速という 言葉は､その後のNASAやJAXAのプロジェクト名に利用されており､この研究の先駆 性が裏付けられている｡本研究の2年目には､東北大学21世紀coEプログラム｢流動ダ イナミクス国際研究教育拠点｣で招聴した楠瀬博士の協力も得て､超音速複葉翼理論を提案することができた6)｡この 理論は､古典的なブ-ゼマン翼の 概念を応用して2枚の翼を用いて 空の禦
衝撃波を干渉させることで､造波
抵抗を低減しつつソニックブーム を根本的に削減することを目指し ており､大型のSSTにも応用可能 -二二二==-空気の流れV L_A _`二二二二===コ.-図3･線形理論に基づくプ-ゼマン翼のコンセプト(左:通常 の翼､右:複葉による衝撃波の干渉) な革新的空力形状のコンセプトで ある｡ 超音速複葉翼理論は､ 1930年代のプ-ゼマンに始まり､ 1950年代頃までは米国でも 風洞試験が行われるなど､一定の興味がもたれてきた｡しかし､ 1960年代にはコンコ ルドの実用化の気運が高まる中､国家プロジェクトとしてSSTの空カコンセプトがデルタ翼に固定され､次第に顧みられなくなった｡本報告書に示される超音速複葉翼理論
は､温故知新と実験･数値流体力学による新しい設計技術の組み合わせで､新しい学術 的可能性を探ったきわめて独創的な研究成果である｡ 参考資料 1 )科学技術基本計画､ http://www8.cao.go.jp/cstp化ihonkeikaku/index3.htm1 2)航空科学技術に関する研究開発の推進方策について､ http://www･mext･go･j p/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu2/shiryo/0 1 3/06062 7 1 2/00 1.htm 3)静粛超音速研究機の研究開発､ h仕p‥//www.apg.jaxa.jp/res/stt/aO 1.htm14) Erik M･ Conway, High-Speed DreamS･･ NASA and the Technopolitics of Supersonic
Transportation, 1 94511 999, The Johns Hopkins UniversityPress, Baltimore, 2005.
5) Oblique Flying Wing, h仕p://ⅥW.darpa.mil/tto/programs/orb.htm
6) Kusunose, K･, Matsushima, K･, Goto, Y･, Yamashita, H., Yonezawa, M., Maruyama, D. and Nakano, T･, HA Fundamental Study for the Development of Boomless Supersonic Transport
AircraR,n AIAA Paper, AIAAl 2006-0654, January 2006･
-研究発表
【学術誌】
1 ･ Shigeru Obayashi and Daisuke Sasaki : Visualization and Data Mining or Pareto Solutions
Using Self-OrganlZlng Map, Evolutionary Multi-Criterion Optimization, Lecture Notes in
Computer Science, Springer-Verlag, Vol:2632, (2003), 7961803･
2･ Guowei Yang, Shigeru Obayashi and Jiro Nakamichi : Aileron Buzz Simulation Using an
lmplicit Multiblock Aeroelastic Solver, Journal of Aircraft, Vol･40, No･3, (2003), 580-589･
3.大林茂:航空機空力設計における多目的最適化,システム/制御/情報,vbl.47,No.6,
(2003), 253-258.
4. Y. Hamate,, A. Sasoh and K. Takayama: High Ram-Acceleration Using Open-Base
Projectile, Journal of Propulsion and Power, Vol. 19, pp･ 1 901195, 20031
5. Daisuke Sasaki, Guowei Yang, Shigeru Obayashi: Automated Aerodynamic Optimization
System fわr SST Wing-Body Configuration, Transactions of the Japan Society for
Aeronautical and Space Sciences, Vbl.46, No. 154, (2004), 230-237･
6. Daisuke Sasaki and ShigeruObayashi: EWICient Search for Trade-0ffs by Adaptive Range
Multi-Objective Genetic Algorithms, Journal of Aerospace Computlng, Information, and
Communication, vol. 2, no. 1, (2005), pp. 44-64.
7･ G･ Yang and S･ Obayashi: Numerical Analyses of Discrete Gust Response for an Aircraft,
Joumal of Aircraft, Vol.41, No.6, NOVEMBERIDECEMBER (2004), pp135311359. 8.佐々木大輔･大林茂:統合的最適化のための多目的進化的計算法,日本航空宇宙学
会誌,
9. 52(608), (2004), pp250-257
10. A. Oyama, M.-S.Liou, S.Obayashi: Transonic AxiaトFlow Blade Optimization:
Evolutionary Algorithms/Three-Dimensional," JOURNAL OF PROPULSION AND
POWER, Vol.20,No.4,.July-August (2004) pp･612-619
ll.金崎雅博･藤原仁志･伊藤靖･藤田健･大林茂･中橋和博: "構造-非構造接続法に よるNALジェット実験機機体統合超音速インテ-ク性能解析,"日本航空宇宙学会
論文集,第52巻,607号(2004) ,8月,pp.355-360
12l ShigeruOBAYASHI, Daisuke SASAKI and Akira OYAMA: Finding Tradeoffs by Using
Multiobjective Optimization AIgorithms, Transactions of the Japan Society for Aeronautical
and Space Sciences, Vol･47,No･155, May, (2004 ), pp･51-58
13. Guru P.Guruswamy and Shigeru Obayashi, "Study on the Use of High-Fidelity Methods in Aeroelastic Optimization," Journal ofAircraR, Voll41 ,No･3 ,May-June (2004), pp･61 6-619
141 Kisa Matsushima, Toshiyuki Iwamlya, Kazuhiro Nakahashi, Owing design for supersonic transport uslng Integral equation method,M Engineerlng AnalysISwith Boundary Elements,
15･ Takeshi Fujita, Kisa Matsushima, Kazuhiro Nakal1aShi, "Aerodynamic Wing Design of
NEXST-2 Using Unstructured-Meshand Supersonic Inverse Problem," Joumal of Aircraft,
41 (2004), 1146-1152.
16･ Lucia PARUSSrNI, Valentino PEDIRODA and ShigeruOBAYASHI, uDesign under
Uncertainties of Wings in Transonic Field,n JSME Intemational Joumal Series B, Special
Issue on Advanced Fluid Information, Vol･ 48, No･ 2, May 2005, pp･218-223･
17･ S･ Jeong, M･ Murayama, K･ Yamamoto, uEfficient Optimization Design Method Using
Kriging Model,乃Joumal of Aircraft, Vol･42,No･2, MARCH-APRIL 2005, pp･ 4131420 18･ Sinkyu JEONG Shigeru OBAYASHI, KaLZuOmi YAMAMOTO, "Aerodynamic
Optim血tion Designwith Kriging Model," Transactions of the Japan SocietyfTor
Aeronautical and Space Sciences, Vol･48 ,Nor 161, November, 2005, pp･ 161-168
19･ Toshiyuki Hayase, Keisuke Nisugl, and Atsushi Shirai: Numerical Realization for Analysts
of Real Flows by Integratlng Computation and Measurement, lntemational Joumal for
Numerical Methods in Fluids, Vol. 47, (2005), 543-559.
20･ Shinkyu Jeong, Sasaki Daisukeand ShigeruObayashi, ㍑Knowledge Discovery in
Aerodynamic Design Space using Data Mining," The KoreanSocietyfor Aeronautical and
Space Sciences, Vol･34 ,No･1, January, 2006, pp･49155･
21 ･ WataruYAMAZAKI, Kisa MATSUSHIMA and Kazuhiro NAKAHASHI: Drag Prediction
and Decomposition Based on CFD Computations, JSME Intemational Journal, Series B, 48
(2005), 235-240.
22･ Mitsuhiro Murayama, Fumiya Togashi, Kazuhiro Nakahashi, Kisa Matsushima, and Takuma
Kato: Simulation of Aircraft Response to Control Surface Denection Using Unstructured
Dynamic Grids, Joumal ofAircratt, 42 (2005), 340-346.
23l WataruYamazaki, Kisa Matsushima, and KaLZuhiro Nakahashi: Drag Reduction of a Near-Sonic Airplane by Using Computational Fluid Dynamics, AIAA Joumal, 43 (2005),
1870-1877.
24･山崎 渉 松島紀佐 中橋和博: cFDでの抵抗要素分解手法の検証,ながれ, 24 (2005), 525-533.
25･ Shinkyu Jeong･ Sasaki Daisukeand ShigeruObayashi, HKnowledgc Discovery in
Aerodynamic Design Space using Data Mining," The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, VoI･34 ,No･ 1, January, 2006, pp･49-55･
26.千葉-永､大林 茂､中橋和博,"再使用宇宙輸送機フライバックブースタ翼空力形
状の設計探査,"日本航空宇宙学会論文集,54巻 627号144-150頁.
27･ Shinkyu Jeong, KazuomiYamamotoand ShigeruObayashi, uA Kriging Model-Based Probabilistic Optimization MethodwithanAdaptive Search Region," Engineering OptimiZation, Vol･ 38, 2006, pp･ 541-555.
28･ Shinkyu Jeong and ShigeruObayashi , "Multi-Objective Optimization Using Kriging
-Ⅴ-Model and Data Mining ,H KSAS Intemational Joumal , Wl･7, Not 1, 2006, May, pp･1-12･ 29.金峰雅博､鄭信圭､田中健太郎､山本-臣､ …Kriging法を用いた3要素翼配置の多
目的設計探索､日本航空宇宙学会論文集､ ャol.54, 2006, pp.419-426･
30. 良.Chiba, S･ Obayashi, K･ Nakahashi, uDesign Exploration of Aerodynamic Wing Shape f♭r
Reusable Launch Vehicle FIyback Booster,M Joumal of Aircraft, Vol･43, No･ 3, May-June
2006, pp.
832-836･ -31. Masahiro Kanazaki, Shinkyu Jeong and Kazuomi Yamamoto, KHigh-Li氏 System
optimization Based on Kriging Model Using High Fidelity Flow Solver,M Transactions of
The Japan Society for Aeronauticaland Space Sciences, Vol･49, 2006, pp･ 1691 174･
32･ Shinkyu Jeong, Wuichi Minemura and Shigeru Obayashi, HOptimization or Combustion
chamber for Diesel Engine Using Kriging Model," Joumal of Fluid Scienceand
Technology, Vol･1, 2006, pp.13811461
33.山崎 渉･楠瀬-洋･松島紀佐･中橋和博:運動量理論を用いた超音速流れでの揚･ 抗力値予測､日本航空宇宙学会論文集, 54 (2006), 82-88.
34.丸山大悟,松島紀佐,中橋和博‥複葉型超音速輸送機の主翼断面形状の空力解析
(Aerodynamic Analyses ofAirfoil Configuration of Biplane Type Supersonic Transport) ､
日本機械学会論文集, vol.71, No.721 B編, pp.50157, September, 2006
35.楠瀬-洋,松島紀佐,後藤悠一郎,丸山大悟,山下博,米滞誠仁:衝撃波の相殺効 果を利用した複葉超音速翼型の研究､ (A Study in the Supersonic Biplane utilizing its shoch Wave Cancellation Effect)､日本航空宇宙学会論文誌, vol･55･ No･636, pp.I-7, January, 2007
36. Akihiro Sasoh and Shin Oshiba: Impact-less, in-tube sabot separation useful for
modest-sized supersonic ballistic ranges, Review of ScientinlC Instruments, Vot･ 77, No･ 10,
2006, article 105106
37. Takeshi Furukawa, Takanobu Aochi and Akihiro Sasoh: Expansion Tube Operationwith
Thin Secondary Diaphragm, AIAA J･, Vol･ 45, No･ I, 2007, pp･ 214-217･
38. Toshiyuki Hayase, Kenichi Funamoto, Takayuki Yamagata,Lei Liu, Atsushi, Makoto Ohta,
Kosuke lnoue, Yoshifumi Saijo, and Tomoyuki Yambe : Numerical Realization of Blood
Flow in Aneurysmal Aorta by Integrating Measurement and Simulation, Future Medical
Engineering Based on Bionanotechnology'EdsI Esashi, M･, Ishii, K･, Ohuchi, N･, Osumi, N･,
Sato, M., and Yamaguchi, T. (2007), 857-868･
【国際会議発表】
l･ Shigeru Obayashi and Daisuke Sasaki: Visualization and Data Mining of Pareto Solutions
Using Self-OrganIZlng Map'2nd lntemational Conference on Evolutionary Multi-Criterion
Optimization (EMO2003), (2003)･
Flexible AircraR, 1 6th AIAA Computational Fluid Dynamic conference, (2003).
3･ Daisuke Sasakiand ShigeruObayashi: Low-Boom Design Optimization for SST
Canard-Wing-Fuselage Configuration, 16th AlAA ComputationaI Fluid Dynamic conference, (2003).
4･ ShigeruObayashi: Visualizingand Data Mining of Design Tradeoffs for Supersonic Wings,
The 5th lntemational Congress on IndustrTal and Applied Mathematics (ICIAM 2003),
(2003).
5･ Kazuhisa Chiba, ShigeruObayashi･ Kazuhiro Nakahashi, Alexios P･ Giotisand Kyriakos C.
Giannakoglou: Design Optimization of the Wing Shape for the RLV Booster Stage Using
Evolutionary Algorithms and Navier-Stokes Computations on, Unstructured Grids,
EUROGEN 2003｣, (2003).
6･ ShigeruObayashi and Daisuke Sasaki: Finding Tradeoffs by Using Multiobjective
Optimization Algorithms, EUROGEN 2003, (2003).
7･ Daisuke Sasaki and ShigeruObayashi: Aerodynamic Design of Supersonic Transport,
EUROGEN 2003, (2003).
8･ Kazuhisa Chiba･ ShigeruObayashi, Kazuhiro Nakahashi, Alexios P･ Giotis and Kyriakos C.
Giannakoglou: Evolutionary Design Optimization of Wing Shape for RLV Booster Stage
Using Unstructured NavieトStokes Computation, 3rd lntemational Symposlum On Advanced
Fluid Information (AFI12003), Fluid-Informatics for Biomedical and Environmental Quality
Applications, (2003).
9･ Kazuhisa Chiゎa, ShigeruObayashi and Kazuhiro Nakahashi: CFD Visualization of Second
Primary Vortex Structure on a 651Degree Delta Wing'42ndAlAA Aerospace Sciences
Meetingand Exhibit, (2004).
10･ Yoshihiro Yamaguchi, Toshiyuki Arima, Kazuhiro Nakahashiand ShigeruObayashi: Simulation of AircraftWike Vortex Using Pressure-Based Unified Numerical Approach for
Incompressibleand Compressible Flows, AIAA Paper 2004-0077, 42md AIAA Aerospace
Sciences Mectingand Exhibit, (2004).
I 1 A Kisa Matsushima, MaLSaShi Shiokawa, Kazuhiro Nakahashi: AN EFFCIENT INVERSE AERODYNAMIC DESIGN METHOD FOR MUIJI COMPONENT DEVICES,
Proceedings 24thrNTERNATIONAL CONGRESS OF AERONAUTICAL SCIENCES,
ICAS 2004-2.7.1, (2004), 271,1-271.10.
12･ Chiba K, Obayashi, S･, Nakahashi, K･,and Morino, H･: High-FidelityMultidisciplinary
Design Optimization of Wing Shape for Regional Jet AircraR, Third IntemationalConference on Evolutionary Multi-Criterion Optimization, Guanajuato, Mexico, March,
(2005).
13･ Chiba, K･, Obayashi, S･, Nakahashi, K･ and Morino, H･: Multidisciplinary Design
Optimization of Wing Shape for Regional Jet, 4th Intemational Symposium on Advanced
- Vll -Fluid lnfbmation, Sendai, Japan, November, (2004).
14. M. Kanazaki, S. Jeong and M. Murayama:High-LiftSystem Optimization Based on Kriging Model Using HighFidelityFtow Solver, 4th IntemationaI Symposium on Advanced Fluid lnfbmation, Sendai, Japan, November, 2004･
15. S. Jeong and S. Obayashi: Airfoil Optimization with Kriging-Based Probabilistic Method,
IWACOM, Tokyo,Japan, November 4-6th, 2004, (2004)
16. S. Jeong and S. Obayashi: Adaptive Design Space Method uslng Kriging-based
Probabilistic Method , CJK-OSM 3, Kanazawa, Japan, October-November, (2004)
17. M. Kanazaki, S. Jeong and K. Yamamoto: Three-element wlng Optimization based on kriging model using high fidelity now solver, CJK-OSM 3, Kanazawa, Japan,
October-November, (2004)
18. S. Jeong, S. Obayashi and K. Yamamoto: Kriging-based Probablistic Method for
Constrained Multil0bjective Optimization Problem, AIAA Ist ISTC, Chicago, September,
(2004), AIAA Paper 2004-6437.
19. Shimizu, E., lsogai, K., Obayashi, S.: MULTI-OBJECTIVE DESIGN STUDY OF A
FLAPPING WING GENERATOR , ICAS, Yokohama, Japan, August, (2004)
20. S. Obayashi: Multi-Objective Evolutionary Computation for Aerodynamic Design Problems,
5th htemational Symposium on Computational Technologies Application-CFD for Design
and Optimization- II , Sam Diego, USA, July, (2004).
21. S. Jeong: EFFICIENT AND ROBUST CONSTRAINT OPTIMIZATION OF
AERODYNAMIC DESIGN WITH KRIGING MODEL, ICNPAA, Timisoara, Romania,
June.2004
22. Obayashi, Shigeru and Sasaki, Daisuke: Multil0bjective Optimization for Aerodynamic Designs by Using ARMOGAs, 7th lntemational Conference on High Performance Computing and Grid inAsia Pacific Region, 0miya, Japan, July, (2004)･
23. Chiba, K., Obayashi, S.and Nakahashi, K.: TradeoffAnalysis ofAerodynamic Wing Design for RLV, Parallel ComputationaI Fluid Dynamics, Gran Canaria, Spain, March, (2004).
24. Yoshihiro Yamaguchi and Toshiyuki Arima, Kazuhiro Nakahashi and Shigeru
Obayashi:Simulation of Aircra氏Wake Vortex Using Pressure-Based Unified Numerical
Approach for Imcompressible and Compressible Flows, AIAA Paper 2004-0077, 42nd
AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, January, (2004･)
25. Chiba, K., Obayashi, S. and Nakahashi, K,: CFD Visualization of Second Primary Vortex
Structure on a 65-Degree Delta Wing, 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit,
Reno, Nevada, January. (2004)
26. Shigeru Obayashi, Shinkyu Jeong and Kazuhisa Chiba, 'lMulti-Objective Design Exploration for Aerodynamic Configurations," AIAA Paper 2005-4666 (invited), 35th
27･ Y･ Goto, S･Obayashiand Y･ Kohama, l'Drag Characteristics of a Low-Drag LowIBoom
Supersonic Formation Flying Concept,'l AIAA Paper 2005-4604, 35thAlAA Fluid
Dynamics Conference and Exhibit, 619 June 2005, Toronto Canada.
28･ Jeong, S･, Chiba, K･, and Obayashi, S･, "Data Mining for Aerodynamic Design Space,"
AIAA Paper 2005-5079, AIAA 23rd Applied Aerodynamics Conference, Toronto, Canada,
June 2005. ′
29･ Chiba, K･, Obayashi, S･, Nakahashi, K･,and Morino, H., ''High-FidelityMultidisciplinary Design Optimization of Aerostructural Wing Shape for Regional Jet,川AIAA Paper
200515080, AIAA 23rd Applied Aerodynamics Conference, Toronto, Canada, June 2005.
30･ ShigeruObayashi, "Evolutionary Multiobjective Optimization for Reginal- JetWing by
CFDICSD Coupling," EUROGEN2005, September 2005, Munich, Germany.
3 1 ･ Eriko Shimizu, Shinkyu Jeong, Koji Isogai, ShigeruObayashi, "SHAPE OPTIMIZATION OF FISH TAIL PROPULSION WITH HYDRO-ELASTIC EFFECTS,''EUROGEN 2005, Munich, Germany, September 2005.
32･ Shinkyu Jeong and Shigeru Obayashi, …Efficient Global Optimization (EGO) for
Multi-Objective Problem and Data Mining," Proceeding of Congress on Evolutionary
Computation 2005, Vol･ 3, pp･ 213812145, 1EEE Congress on Evolutionary Computation
2005, September, 2005, Edinburgh, UK.
33･ ShigeruObayashi, "Multi-Objective Design Exploration for Multidisciplinary Design
Optimization Problems",韓国KCFE学会, october 2005, Pusan, Korea.
34･ ShigeruObayashi, "Multi10bjective Design Exploration for Multidisciplinary Design
Optimization Problems," lps-JAXA Joint Symposium on Advanccd Fluid Information (AFト2005), Sendai Japan, Dec. 2005.
35･ Masashi Shiokawa､ Kisa Matsushima, Kazuhiro Nakahashi: Design and Aerodynamics of
LiR Enhancement Control for a Single Element Airfoil, AIAA-20051853, The 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, (2005),
36･ Wataru YamaZaki, Kisa Matsushima, Kazuhiro Nakahashi: Application of Drag
Decomposition Method to CFD Computational Results, AIAA1200514723, The 23rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, (2005)
371 KeizoTakenaka, Shigeru Obayashi, Kazuhiro Nakahashi, Kisa Matsushima: The
Application of MDO Technology to the Design of HighPerformance Small Jet AircraR
-Lessons Leaned and some Practical Concems,AlAA-200515080, The 23rd Applied
Aerodynamic Conference, (2005),
38･ T･ Kumano, S･ Jeong , S･ Obayashi, Y･ Ito, K･ Hatanaka and H･ Morin0, -1Multidisciplinary
Design Optimization of Wing Shape for a Small Jet AircraR Using Kriging Model, ■l AIAA
Paper 2006-932, 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, Jam.
9-12,2006.
lX -39. T. Misaka and S･ Obayashi, uApplication of LocalCorrelation-Based Transition Model to
Flows Around Wings,M AIAA Paper 2006-91 8, 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and
Exhibit, Reno, Nevada, Jam. 9-12, 2006.
40. K. Kusunose, K. Matsushima, Y･ Goto, H･ Yamashita, M･ Yonezawa, D･ Maruyama, and TI
Nakano, "A Fundamental Study for the Development of Boomless Supersonic Transport
Aircrafl,M AIAA-2006-654, 44th AIAA-Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno,
Nevada, Jam. 9-12, 2006.
41. Shinkyu JEONG Youichi MINEMURA , ShigeruOBAYASHI, "Diesel Engine Piston shape Design Using Multi-Objective EtrlCient Global Optimization," PARALLEL CFD
2006 , Busan South Korea, 2006 May.
42. Shnkyu Jeong, Takayasu Kumano, ShigeruObayashi , "Multi-Objective Design Exploration
for Multidisciplinary Design Optimization of Aircraft ,M ICNPAA-2006, Budapest , 2006
Jun.
43. Shigeru Obayashi, "Multi-Objective design exploration uslng efficient globaloptimization,"
European Conference on ComputationaI Fluid Dynamics･ Edmond aan Zee･ The Netherlands, 2006 Sep.
44･ Shinkyu Jeong, Youichi Minemura, Shigeru Obayashi , ㍑OPTIMIZATION OF PISTON FOR DIESEL ENGINE USING KRIGING MODEL," European Conference on
Computational Fluid Dynamics, Edmond aan Zee･ The Netherlands, 2006 Sep･
45. Naoshi Kuratani, Toshihiro Ogawa, Hiroshi Yamashita, Masal1ito Yonezawa, Shigeru obayashi , ㍑ExperimentalStudy on Aerodynamics of Supersonic Biplane for Sonic-Boom Reduction ," Third International Conference on Flow Dynamics , Matsushima Japan, 2006
Nov.
46･ S･ Jeong, uDesign Exploration into a Tire Noise Reduction Problem,n IntemationaI
workshop on Multidisciplinary Design Exploration in Okinawa 2006, 0kinawa Japan, 2006
Dec.
47. T. Kumano, S･ Jeong , S･ Obayashi, Y･ Ito, K･ Hatanaka and H･ Morino, ''Multidisciplinary
Design Optimization of Wing Shape for a Small Jet Aircra氏Using Kriging Model, -'AIAA paper 20061932, 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, Jan･ 9-12,2006.
48. T. Misaka and S･ Obayashi, HApplication of Local Correlation-Based Transition Model to
Flows Around Wings,nAlAA Paper 2006-91 8, 44thAlAA Aerospace Sciences Meetingand
Exhibit, Reno, Nevada, Jam. 9-12, 2006.
49. Takashi Misaka, ShigeruObayashi, Eiichi Endou, 'IMeasurementllntegrated Simulation of clear Air Turbulence", Tohoku-SNU Joint Workshop on Next Generation Aero Vehicle,
2006-7, Sendai, Japan.
"Optimization and Data Mining to a Tire Noise Reduction Problem," The Third Intemational Symposium on Transdisciplinary Fluid Integration , Matsushima MiyagiJapan,
2006Jun.
51. Takashi Misaka, ShigeruObayashi, Eiichi Endou, ''Flight Data Integrated LES for
Simulation of ClearAlr Turbulence", European Conference on Computational Fluid
Dynamics, Edmond aan Zee, The Netherlands, 2006 Sep.
52. Hiroshi Yamashita, Masahito Yone2aWa, ShigeruObayashi, Kazuhiro Kusunose, "An
Approach to Avoiding Choked FIow for Supersonic Biplane", Third lntemational
Conference on Flow Dynamics , Matsushima Japan, 2006 Nov.
53. Masahito Yonezawa, Hiroshi Yamashita, ShigeruObayashi, Kazuhiro Kusunose, "Sweep
Effect in Three-dimensional Busemann Biplane", Third Intemational Conference on Flow
Dynamics , Matsushima Japan, 2006 Nov.
54. Takayasu Kumano, Shinkyu Jeong, ShigeruObayashi, Yasushi Ito, Keita Hatanaka,
Hiroyuki Morino,"Multidisciplinary Optimization of Wing Shapewith Engine Nacelle ",
Third Intemational Conference on Flow Dynamics , Matsushima Japan, 2006 Nov.
55. K. Sugimura, K. Shimoyama, S. Jeongand S. Obayashi, "Multi10bjective Design Optimization of Air Cleaner Fan Using Kriging Model," Intemational Workshop on
Multidisciplinary Design Exploration in Okinawa 2006, 0kinawa Japan, 2006 Dec.
56. ShigeruObayashi, "Future direction of Japanese aeronautical scienceand technology,"
Intemational Forum f♭r Joint Anniversary Lyon-Tohoku, Teamlng for the Future, Lyon
France, 2007 Feb.
57. ShigeruObayashi, "Silent supersonic transport &iendly to environment- A biplane concept,"
Intemational Forum for Joint Anniversary Lyon-Tohoku, Teamlng for the Future, Lyon France, 2007 Feb.
58. Haruka NAKAYAMA, Hyoung-Jim KIM, Kisa Matsushima , Kazuhiro NAKAHASHIand Keizo TAKENAKA: Aerodynamic Optimization of Multi-Element Airfoil,
AIAA-20061105 I , The 44t h AIAAAerospace Sciences Meeting, (2006).
59. Maruyama, D., Matsushima, K., Kusunose, K.and Nakahashi, K.: Aerodynamic Design of Biplane Airfoils for Low Wave Drag Supersonic Flight, AIAA-2006-3323, The 24th AIAA Applied Aerodynamics Conference, (2006).
60. Wataru Yamazaki, Kisa Matsushima and Kazuhiro Nakahashi: Aerodynamic Shape
OptimiZation Based on Drag Decomposition, AIAA-2006-3332, The 24thAIAA Applied
Aerodynamics Conference, (2006).
61. Watam Yamazaki, Kisa Matsushima and Ka別hiro Nakahashi: Unstructured Mesh Drag
Prediction Based on Drag Decomposition, ECCOMAS CFD 2006, Egmond aan Zee,
Netherlands, September, (2006).
62. Kisa Matsushima, Kazuhiro Kusunose, Daigo Maruyama, Takumi MatsuZaWa: Numerical
- Xl -Design and Assessment or a Biplane as Future Supersonic Transport - Revisiting to
Busemnn's Biplane, Proceedings 25th INTERNATIONAL CONGRESS OF AERONAUTICAL SCIENCES, ICAS 2006-3.7.1, (2006), 371.1-371.10.
63･ Kusunose, K･, Maruyama, D･, Matsushima, K･, Nakahashi, K･,Yamashita, H., Yonezawa, M., and Obayashi S: Toward silent supersonic transport - Afundamental study of supersonic biplane (Invited), 4th Joint Meeting of the Acoustical SocietyofAmerica and the Acoustical SocietyofJapan, (2006).
64･ Kisa Matsushima: AerodynamiC Design and Analysis for Supersonic Biplane Airfoils
(Invited), 6th lntemational Symposium on Advanced Fluid lnfbmation (2006), pp. 13-16.
65･ Maruyama, D･, Matsuzawa T., Matsushima, K･, Kusunose, K. and Nakahashi, K.: Consideration at Off-Design Conditions of Supersonic Flows around Biplane Airfoils,
AlAA-2006-3323, The 24th AIAA Applied Aerodynamics Conference, (2006).
66･ M･ Umeda, K, Takenaka. K. Hatanaka, W. Yamazaki, K. Matsushima and K. Nakahashi: Validation of CFD Capabilityfbr Supersonic Transport Analysis Using NEXST-1 Flight
Test Results,AlAA12007-4437, The 25thAlAA Applied Aerodynamics Conference, MiamI,
Florida, 25128 June (2007) (To be presented).
【国内会議発表】
ll 千葉-永,大林茂,中橋和博:レイノルズ数6×106域での前縁剥離渦の挙動に関す
る数値的研究,日本航空宇宙学会第34期年会講演会,(2003).
2･ Shigeru Obayashi : Evolutionary Multiobjective Optimization and Visualization, The Sixth
lntemational Nobeyama Workshop on the New Century of Computational Fluid Dynamics,
(2003).
3･ Daisuke Sasaki, Shahrokh Shahpar and Shigeru Obayashi : Multi-Objective Optimization of Low Pressure Compression System,航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
2003, (2003). 4･千葉-永,大林茂,中橋和博:デルタ翼前縁剥離渦のレイノルズ数効果に関する数値 的研究,航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2003,(2003). 5.金崎雅博,藤原仁志,伊藤靖,藤田健,大林茂,中橋和博:構造一非構造接続法による NALジェット実験機機体統合超音速インテ-ク性能解析,航空宇宙数値シミュレー ション技術シンポジウム2003,(2003).
6･ Shigeru Obayashi : Searching for TradeoffS, Tohno Seminar, (2003).
7.千葉-永,大林茂:高レイノルズ数域における前縁剥離渦構造のビジュアルデータ マイニング,日本機械学会年次大会2003,(2003).
8･千葉-永,大林茂,中橋和博:非構造N-S計算によるRI〟ブースター段翼形状の進 化的最適設計,日本機械学会第13回設計工争システム部門講演会, No.03-27, (2003), 303-304.
9･金崎雅博,大林茂,中橋和博:領域分割型MOGAによる自動車エンジン排気マ ニホールド設計システム,第9回MPSシンポジウム,(2003). 10･千葉-永:航空宇宙機に於ける高次物理モデルを用いた多分野融合最適化,日本機 械学会関西設計工学研究会セミナー,京都, 2005年2月, (2005) 11･千葉-永,大林茂,中橋和博:再使用宇宙輸送機翼形状空力最適設計に於けるト レードオフ解析とデータマイニング,日本機械学会第14回設計工学･システム部 門講演会,福岡･ 2004年11月,(2004). 12･清水絵里子､磯貝紘二､大林茂: "弾性変形を考慮した尾鰭の形状最適設計,,, MPS シンポジウム複雑系の科学とその応用,名古見2004年10月,(2004). 13･金崎雅博､鄭信圭: "UpACS評価関数に基づく多要素翼の空力最適化,"第42 回飛行機シンポジウム･横浜, 2004年10月,(2004). 14･清水絵里子､磯貝紘二､大林茂: "弾性変形を考慮した魚類型推進の形状最適設計," 日本機械学会2004年度年次大会,札幌･ 2004年9月,(2004). 15･大林茂:物理シミュレーションから知的シミュレーション-,応用数理学会2004 年度年会,東京･ 2004年9月,(2004). 16･大林茂:流れの最適化とソフトコンピューティング,日本機械学会2004年度年次 大会,札幌, 2004年9月,(2004). 17･鄭信圭､大林茂: "近似モデルを用いた制約条件問題の多目的最適化,"流体力学 会･名古屋､ 2004年8月,(2004). 18･千葉一永,大林茂,中橋和博‥再使用宇宙輸送機業形状空力設計のトレTドオフ 解析,航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム,2004年6月, (2004). 19･鄭信圭: "統計情報を利用した最適設計の効率化,"日本機械学会計算力学部門流 体と構造の複合問題研究会｢MultidisciplinaryLecture series 12｣ , 2004年6月, (2004). 20･大林茂:仏流体シミュレーションの現状と展望一最適設計を目指して",横断型基幹 科学技術研究団体連合｢シミュレーションとsqc｣調査研究委員会､社団法人日本 品質管理学会拡大計画研究会｢シミュレーションとsqc｣ ,科学研究費基盤研究(A) ｢技術開発促進のための新たな統計科学体系とそれに基づく情報システム開発｣共 同主催による研究課題マップ作成のためのキックオフワークショップ,2004年5月, (2004). 21･山下博､米滞誠仁､後藤悠一郎､楠瀬-洋､大林茂､ "超音速二枚翼型に おける衝撃波のCFD解析､ "航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム,東 京, 2005年6月 22･大林茂､"多目的最適化と高次元の可視化､"第33回可視化情報シンポジウム,2005 年7月,東京 23･峯村洋一､鄭信圭､大林茂､ "ディーゼルエンジン燃焼室形状の最適化､ "日 本機械学会第15回設計工学･システム部門講演会,札幌, 2005年8月 24･米滞誠仁､山下博､後藤悠一郎､楠瀬-洋､大林茂､ "BusemannBiplane Ⅹ111
-による超音速飛行の基礎研究､叩日本機械学会 第15回設計工学･システム部門講 演会,札幌, 2005年8月 25.熊野 孝保､鄭 信圭､ 大林 茂､畑中 圭太､森野 裕行､"Krigingモデルを 用いた小型ジェット旅客機主翼形状の多分野融合最適化､ "日本機械学会 第15回 設計工学･システム部門講演会,札幌, 2005年8月 26.リム ジンネ､佐々木 大輔､鄭 信圭､大林 茂､"進化的計算法によるデータに 対するファジィ決定木の適用, "日本機械学会2005年度年次大会,東京､ 2005年9 月 27.三坂 孝志､大林 茂､ "実験的相関に基づいた遷移モデルの翼周り流れ-の適用," 日本流体力学会年会2005,東京､ 2005年9月 28.三坂 孝志､大林 茂､ "非構造格子法-の相関に基づく遷移モデルの適用, "第37 回｢境界層遷移の解明と制御｣研究会､東京JAXA､ 2005年9月 29.畑野 圭太､大林 茂､鄭 信圭､熊野 孝保､ "多分野統合最適化技術を用いた高 性能小型民間機の設計､"第43回飛行機シンポジウム､名古屋､ 2005年10月 30.三坂 孝志､大林 茂､ ■■計測データを用いた数値シミュレーションによる流れ場の 再現,''第19回数値流体力学会､東京､ 2005年12月
3 1. Sinkyu Jeong and Shigeru Obayashi, "Application of Kriging Model to Multi-Objective problem"日韓特別セッション､第19回数値流体力学会､東京､ 2005年12月 32.米滞 誠仁､大林 茂､楠瀬 -洋､ "複葉翼サイレント超音速旅客機の主翼設計､" 日本航空宇宙学会空気力学部門第2回サイレント超音速旅客機研究会､ 東京､ 2006年2月 33.山下 博､大林 茂､楠瀬 -洋､ "サイレント超音速旅客機実現-向けた二枚翼 型の衝撃波干渉解析､"日本航空宇宙学会空気力学部門第2回サイレント超音速旅客 機研究会､東京､ 2006年2月 34.三坂 孝志､大林 茂､遠藤 栄一､ "航空機飛行データを用いた晴天乱気流のシミ ュレーション､"第21回TSFDシンポジウム｢乱流数値シミュレーションー安全分野 -の応用｣ ､東京､ 2006年3月 35.米滞誠仁､大林茂､楠瀬-洋､ "複葉翼サイレント超音速旅客機の主翼設計､"日本 航空宇宙学会空気力学部門第2回サイレント超音速旅客機研究会､ 東京､ 2006年2月 36.山下博､大林茂､楠瀬-洋､ "サイレント超音速旅客機実現-向けた二枚翼型の衝 撃波干渉解析､''日本航空宇宙学会空気力学部門第2回サイレント超音速旅客機研究 会､東京､ 2006年2月 37.三坂孝志､大林茂､遠藤栄一､ "航空機飛行データを用いた晴天乱気流のシミュレー ション､"第21回TSFDシンポジウム｢乱流数値シミュレーション-安全分野-の応 用｣ ､東京､ 2006年3月 38.山下博､米滞誠仁､大林茂､楠瀬-洋,"形状変化を用いた二枚翼におけるチョーク
回避法の検討,"日本航空宇宙学会 第37期年会,東京,2006年4月 39.米滞誠仁､山下博､大林茂､楠瀬-洋, "超音速複葉翼における後退角とテーパーの 効果比較,"日本航空宇宙学会 第37期年会,東京,2006年4月 40.米滞誠仁､山下博､大林茂､楠瀬-洋, "複葉超音速巽空力設計の現状と課題,"航 空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2006,東京,2006年6月 41.三坂孝志,大林茂,遠藤栄一,"K-H不安定流れのデータマイニング,"日本機械学会 2006年度年次大会,熊本市,2006年9月 42.鈴木邦広､鄭信圭､大林茂､栗田充,"リフティングボディ型再突入機形状の最適化 による遷音速特性の改善,"第38回流体力学講演会,室蘭市,2006年9月 43.倉谷尚志,古川剛,小川俊広,大林茂,`ツニックブーム低減のための超音速複葉翼 周りの空力特性実験,"第44回飛行機シンポジウム,さいたま市,2006年10月 44.豊田篤､ 三坂孝志､ 大林茂,"JAXA高揚力装置風洞模型-の簡易遷移予測法の 適用,"第44回飛行機シンポジウム,さいたま市,2006年10月 45.三坂孝志,大林茂,遠藤栄一,"フライトデータを用いた晴天乱気流の再現と流れ場 のデータマイニング,"日本機械学会流体工学部門講演会,川越市,2006年10月 46.柴崎剛志,大林茂, "非定常流れ場解析結果に対するデータマイニング手法の構築," 日本機械学会第19回計算力学講演会,名古屋市,2006年11月 47.大林茂､ "ラフ集合による設計空間特徴抽出､"平成18年度科研費空力班シンポジウ ム､山梨県東八代郡､ 2007年1月 48.鄭信圭､大林茂､熊野孝保､森野裕行､畑中圭太､ "リージョナル旅客機のための多 分野融合設計探査､"第56回理論応用力力学講演会､東京､ 2007年3月 解説等 1.大林茂,佐々木大輔:流体問題最適化入門(1),日本計算工学会｢計算工学｣ , Ⅵ)1.S, No.2, (2003), 694-699. 2.大林茂,佐々木大輔:流体問題最適化入門(2),日本計算工学会｢計算工学｣ , Ⅵ)1.8, No.3, (2003), 758-765. 3.大林茂,"第11章 最適化と設計,''｢計算力学ハンドブック｣ , 278-289頁, 日本機械学会,2006年 3月 4.大林茂,"多目的最適化とデータマイニング,"日本機械学会誌, 109巻 1050号 383-385頁,2006年 5月 5.大林茂,"産学研連携と技術チャレンジ,"日本航空宇宙学会誌,54巻 633号 283-286頁,2006年10月 6.松島紀佐､ ''超音速機旅客機開発における数値流体力学シミュレーション,"シミュ レーション Vol. 25,No.2,pp.32-37,June,2006.
-XV -研究成果による工業所有権の出願･取得状況 な し 博士論文･修士論文 1.加藤 将俊:｢多目的遺伝的アルゴリズムによる粘性計算に基づいた自動車エンジン 排気系形状最適化に関する研究｣ ､東北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2004 年3月
2･金崎 雅博‥ ｢Numerical Simulation and Optimization of Engine/Airframe Integration
Problems for Supersonic Aircraft (超音速航空機におけるエンジン･機体統合問題の数
値計算と最適化)｣､東北大学大学院情報科学研究科博士論文､ 2004年3月
3･佐々木 大輔: ｢Adaptive Range Multi-Objective Genetic Algorithms for Aerodynamic
Design Problem(空力設計問題における領域適応型多目的遺伝的アルゴリズム)｣､
東北大学大学院情報科学研究科博士論文､ 2004年3月
4.村松 哲史: ｢遺伝的アルゴリズムによる自動車エンジン吸気系形状の最適化｣､東 北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2005年3月
5･千葉 -永: ｢High-Fidelity Multidisciplinary Design Optimization for Aerospace Vehicle(航 空宇宙機に於ける高次物理モデルを用いた多分野融合最適化) ｣､東北大学大学院 工学研究科博士論文､ 2005年3月 6.熊野 孝保: ｢クリギングモデルを用いた航空機主翼の多分野融合最適設計｣､東北 大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2006年3月 7.峯村 洋一: ｢低エミッション型ディーゼルエンジン燃焼室形状の多目的最適化｣､ 東北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2006年3月 8.米滞 誠仁: ｢複葉サイレント超音速旅客機の主翼設計｣､東北大学大学院情報科学 研究科修士論文､ 2006年3月 9.山下 博: ｢サイレント超音速旅客機実現-向けた二枚翼型の衝撃波干渉解析｣､東 北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2006年3月 10.丸山 大悟: ｢複葉型超音速輸送機の整理油性の研究｣､東北大学大学院工学研究料 修士論文､ 2006年3月 ll.大芝 慎: ｢ソニックブーム軽減を目的とした超音速自由飛行実験｣､東北大学大学 院工学研究科修士論文､ 2006年3月
12･清水 絵里子: ｢Research of evaluation system of an oscillationwing considering the
nuid-structureinteraction (流体構造練成を考慮した振動翼性能評価システムの研究) ｣ ､
東北大学大学院情報科学研究科博士論文､ 2006年9月
13･リムジンネ: ｢A Data Mining Approach to Practical Multi-Objective Optimization
problem ｣､東北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 200ヶ年3月
14.柴崎 剛志: ｢非定常流れ場に対するデータマニング手法の構築｣､東北大学大学院
15.鈴木 邦広: ｢リフティングボディ型再突入機形状の最適化による遷音速特性の改
善｣､東北大学大学院情報科学研究科修士論文､ 2007年3月
16･後藤 悠一郎: ｢Low-Drag LowIBoom Characteristics of Supersonic Aircraft Flying in
Fomation (編隊飛行する超音速航空機の低抵抗および低ブーム特性) ｣ ､東北大学大 学院工学研究科博士論文､ 2007年3月
17･山崎 渉: ｢study of Advanced Aerodynamic Analysis 皮 Shape Optimization Using Drag
Decomposition Method (抵抗分解法を用いた先進的空力解析と形状設計の研究) ｣ ､ 東北大学大学院工学研究科博士論文､ 2007年3月 研究会開催 1.平成16年度｢サイレント超音速飛行実現のための実験･計算融合研究｣ , ｢レーザ ー駆動管内加速装置:基礎物理の解明と実用展開｣合同シンポジウム,ホテル佐 勘,平成17年1月21-22日 2.第38回流体力学講演会､特別企画1 ｢超/極超音速機の空力｣､室蘭工業大学､平成 18年9月28-29日 3.第44回飛行機シンポジウム､ SSl ｢超音速輸送機研究の新展開｣､大宮ソニックシ ティ､平成18年10月18-20 日
4.日本航空宇宙学会空気力学部門｢サイレント超音速旅客機研究会｣
① 第1回サイレント超音速旅客機研究会,宇宙航空研究開発機構航空宇宙技術セ ンター,平成17年10月31日 ② 第2回サイレント超音速旅客機研究会,防衛庁技術研究本部第3研究所,平成 18年2月23日 ③ 第3回サイレント超音速旅客機研究会,宇宙航空研究開発機構航空宇宙技術セ ンター,平成18年6月22日 ④ 第4回サイレント超音速旅客機研究会,名古屋大学工学部,平成18年9月26 日- XVll -第1章序論 日 近年の航空機開発における動向 1-2 新たなニッチ ト3 超音速旅客機開発の背景 1-4 技術的な課題 ト5 複葉翼というコンセプト 1-6 本研究の目的 I-7 本報告書の構成 参考文献
第2章複葉翼理論
2-1複葉翼を用いたソニックブーム低減のコンセプト 2-2 衝撃波の低減効果(二枚平板) 2-3 衝撃波の干渉効果(Busemann複葉翼) 2-4 揚力を持つ複葉翼理想形状 2-5 解析手法 2-6 解析結果及び考察 2-7 複葉翼によるソニックブーム低減の検証 参考文献 第3章二枚翼型の衝撃波干渉解析 3_l 迎角変化に対するBusemann複葉翼の数値解析 3-1-1解析手法 3_ト2 Busemann複葉翼の空力特性 3-2 極曲線図 3_2_1 Licher型複葉翼の数値解析 3-2-2 極曲線を用いた翼型性能の比較 3-3 非設計点における空力特性 3_3-1亜音速から超音速までの数値解析 3_3_2 Busemann複葉翼におけるチョーク現象 3_3_3 Busemann複葉翼における衝撃波干渉効果の有効領域 3_4 チョーク回避コンセプト 3-4-1回避法の設計指針 3-4-2 分割されたダイアモンド翼の数値解析 参考文献 I l･ ー つ】 3 5 ∠U /0 7 0ノ 0ノ 0ノ 0 1 l つJ I l 一l 1第4章逆設計法を用いた二枚翼型設計 4-1相互干渉が強い設計問題の適用検証 4-2 複葉翼型設計 参考文献 第5章二枚翼の空力設計 5-1はじめに 5-2 長方形翼の解析 5-3 テ-パ翼形状の解析 5-4 ウイングレット巽形状の解析 参考文献 第6章衝撃波を相殺する複葉型超音速翼の実験的研究 6-1はじめに 6-2 設計マッハ数超音速風洞実験の概要 6-3 超音速･遷音速風洞実験の概要 6-4 低速風洞実験の概要 6-5 研究成果のまとめと今後の課題 参考文献 第7章ソニックブーム軽減を目的とした超音速自由飛行実験 7-1自由飛行実験 7-2 実験装置 7-3 飛行体可視化とN波計測 参考文献 付録(代表論文別刷) - XlⅩ -I 1- つJ ll 4 4 4 5 2 2 2 ∠U 2 つJ 5 5 5 5 /b ′hU 4 4 4 5 5 ∠U 2 ′0 ′0 ′0 ∠U ′0 ∠U 7 4 4 4 5 ′0 7 7 7 7 7
1-1近年の航空機開発における動向
現在世界では多種多様な航空機が開発されている1.これは利用者ニーズの多様化を意 味している･航空機メーカはニーズを的確に分析して市場を差別化し,分析結果をもとに供給する新たな製品計画を立てる.同時に有利な販売経路を選び,販売促進努力を重ねるこ
とで需要の増加及び新たな市場開発を図ることになる.これら企業活動は航空機メーカに
限るものではなく,他業種での企業活動と全く同じだということを改めそ認識させられる. では航空業界における市場の差別化とはどのようにして行うものなのか.その答えは,現在開発され市場に投入されていく航空機の種類や特徴から判断することができる.航空機
製造のトップメーカであるアメリカBOEING社2とヨーロッパAIRBUS社3,この両社の開発する航空機に注目すると市場をどのようにして差別化しているか明確になってくる.例えば,
BOEING社が2008年就航を予定している787型機,それに対抗してAIRBUS社が201 0年就航を目指すA350型機は共に"経済性の向上"を特徴に市場を差別化し,その市場の中で
競争を繰り広げている.またAIRBUS社が2007年就航予定としているA380型機,それに対 抗してBOErNG社が開発している747-8型機は共に-輸送力の増加"を特徴とした市場の差別化を行い,その中で自社製晶のシェア拡大につとめているわけである.市場情勢を呪
んだ生き残りをかけた航空機開発がなされており,そこには明確な市場の差別化が見て取
れる. 他に"柔軟性"という差別化も存在する. BOMBARDIER社4に代表されるリージョナルジェット機は通常の大型旅客機に比べ,効率良く柔軟に目的地に到達することができる.小
型旅客機という利点を最大に活かした差別化であり,今後の航空予測においてもハブ&ス ポーク型ではニーズに対応できない都市間の移動に大きく役立つものと考えられる1. しかし例に挙げた"経済性の向上''あるいは"輸送力の増加,,といったある程度成熟し た技術では,今後明確な差別化を続けることは難しい.特にトップメーカではなく市場-の参入を試みるメーカにとっては,差別化できる航空機を開発すること自体が困難であるとい
える･日本を始め新たな航空機メーカが進出するためには,高い技術力が必要な上に市場
の差別化をいかにうまく行うかが益々大きな課題となるであろう. 1-2新たなニッチ 航空市場の差別化は,航空市場における"ニッチ"の探索と大きく関係している5. -ニッ チ(niche) ''とは,もとは像や花瓶などを置く壁のくぼみのことを意味し,そこから派生して"最適な場所"という意味を持つようになった.ニッチは特定の用途や目的に特化したもの
であり,一般企業にとってはニッチを探し当てることは自社の得意市場の獲得を意味するわ けである･またそのニッチが市場の主流になることもあり得る.ニッチは所詮ニッチであるが, L-の割にニーズが高いものが必ずあり,航空機市場においても新たなニッチを探り,市場を 差別化していく必要がある. 航空市場に残されたニッチとは何か.その1つと考えられるのが･届速化"により差別化 される市場である･ 2003年超音速旅客機Concorde6 (Fig. 1.1)が営業飛行を終え,超音速旅客機が運航していない状況が続いている.超音速旅客機が実現すれば,長距離路線の
利用者は最大の苦痛である長時間飛行から解放され,また時間価値の増大に伴う時間短
縮による誘発効果は巨大な市場を創造し,今後予測される航空輸送需要のさらなる増大に
も十分対応できると考えられる･しかし現在このニッチにあてはまる航空機は就航しておらず, 非常に魅力ある市場が残されているといえる. Fig. I.1超音速旅客機concorde61-3超音速旅客機開発の背景
超音速旅客機(SST)開発の歴史は古い. 1969年に初飛行を成功させたConcordeは, イギリス･フランスの共同開発による世界初の超音速旅客機であった.その飛行速度はマッ ハ数2･0と現在主流となる遷音速旅客機の約2倍以上である7･8.当時の時間価値からして もConcordeの就航機数は順調に増加するものと思われた.しかし先に運航が開始されてい たアメリカBOErNG社の747型機の影響や, 1970年代の2度にわたり起るオイルショックの 影響を受け,航空会社からキャンセルが相次いだ.また運航を開始した後もConc｡.deの経 済性の悪さや,ソニックブームによる騒音問題等が問題視され,就航機数はほとんど増加し なかった. 2000年7月25日AIRFRANCE機がパリのシャルル･ド･ゴール空港を離陸直後に墜落･ 炎上し,地上で巻き込まれた犠牲者を含め114人が死亡するという大惨事が発生した9.こ の事故を機にConcordeの老朽化が指摘され, 2003年10月24日に最後の営業飛行を終 え,後継機の登場を待たずに超音速旅客機は姿を消した. _ ワ _超音速旅客機concordeは商業的に成功したとは言 がたい.しかし航空史がようやく 100年を越えた現在,その内30年間もの間超音速飛行を続けてきたことは賞賛すべき偉業
である.また30年間に及ぶ飛行から,今後超音速旅客機を開発するにあたり十分な知識と
技術を我々に与えてくれた.この事実は,近い将来超音速旅客機が実現することを期待さ
せるものである. Concordeが就航を終えた後も主流となっている遷音速旅客機とスピードによる差別化を 試みるため,新たな超音速旅客機の研究･開発は行われている. 2003年BOEING社は音 速旅客機ソニッククルーザーの開発に着手し,巡航マッハ数0.95-0.98というスピードの差 別化を試みた.しかし現在この計画は凍結されたままとなっている. 欧州ではConcordeの後継機となる超音速旅客機の開発-の動きが活発になってきてい る･ 2005年6月に仏航空宇宙工業会(GIFAS)と日本航空宇宙工業会(SJAC)が超音速旅客機の共同研究で合意した10.今後3年間に機体仕様･耐熱複合材･エンジン騒音対策
等について研究を行っていく.またビジネス用としてマッハ数1.6-1.8で10人乗り程度の小 型超音速旅客機(SSBJ)の開発も欧米で共に盛んに行われている11-13 このような超音速機実現-向けた世界動向は,高速化による航空市場のニッチの存在を 明示しており,また開拓されるであろう新たな市場の魅力を示すものである.その一方で,未だ超音速旅客機が実現していない背景には克服すべき技術的課題があり,我々はその解
決策の構築に挑戦していく必要がある. 1-4技術的な課題新たな超音速旅客機を実現させるためには,克服すべき3つの課題が考えられる.まず
環境適合性を考慮したエンジン開発,次に燃費･運航費･保守費等を含む経済性の向上, 最後にソニックブーム14による騒音問題の克服である.とりわけソニックブームによる騒音問 題は超音速旅客機実現-のボトルネックであり,約30年にわたり運航していたConcordeも この間題に苦しみ,居住地である陸上付近沿岸から35海里までは亜音速での飛行に制限 された. "高速化''を売りにした超音速飛行機であったが,実際に超音速が可能である区域 は非常に限られたものとなってしまった9. Fig. 1.2はソニックブームの影響範囲を図式的に 表しており,地上の広範囲にブームが広がる様子がわかる15.またFig. 1.3には実際のロン ドン,パリ-の飛行経路を示しており,白い帯状部分はソニックブームがカーペット状におよ ぶ範囲を示している.このようにソニックブームは非常に広範囲に及ぶ現象であり,その騒 音問題はスウェーデンの航空学研究所教授のボー･ルンドベルグ教授により超音速飛行批 判の目玉にされるようになった.ニッチの存在がすでに認識されているにもかかわらず,未 だConcordeに次ぐ新たな超音速旅客機が実現していない原因は,ソニックブーム問題が解 決できずにいるからであるといえる. ソニックブームによる騒音問題は超音速機に固有の問題である16, 17.ソニックブームとは超音速で飛行する航空機の各部から発生した衝撃波が,大気中を伝播する間に整理統合
され,地上においてFig. 1.4のようにN波として観測され,その急激な圧力変動に伴って2
つの強い爆発音が起る現象である.地上で観測されるソニックブームの強度は一般にFig.
1.5のようにN波の立ち上がりの最大圧力上昇量(Peak pressure level)と立ち上がり時間
(Rise time),持続時間(Duration time)などで評価される･超音速旅客機Concordeのソニ
ックブーム強度は,最大圧力上昇量でおよそ2-3 psP8 (psFlb/ft2)であり,その昔は近くで ′
起る落雷に相当するといわれており,新たな超音速旅客機実現の際にはソニックブーム強
塵をo.3 psr以下に抑えることが必要とされている19. 現在ソニックブーム低減の基本的な考え方のひとつに,機首を鈍頭にして強い衝撃波を 発生させる方法が考えられる14,20.先端の鋭い飛行機では発生する衝撃波は弱いが,衝撃 波の合併により遠方場でより強い衝撃波を生ずることになる.これに対して先端の鈍い飛行 機では衝撃波に続く膨張波との干渉により,遠方場では減衰によって衝撃波は弱まることに なる.これにより地上で観測される圧力波形を一般のN波ではなく, Fig. 1.6のような低ブー ムと呼ばれる波形にすることができる.同様に機体形状を最適化することで低ブーム波形を 実現する研究も行われている21. また欧米では小型の超音速ビジネスジェット(SSBJ)の実現を目指し研究開発が行われ ている.これは機体自体を小型化させることで発生する衝撃波の規模を小さくし,ソニックブ ームの低減を図るものである.ソニックブーム問題の現段階での回避策としては妥当だが, そのままConcordeクラスの大型超音速旅客機にスケールアップ可能な技術ではなく,騒音 問題の抜本的な解決方法は確立されていないといえる.言い換えれば,もしソニックブーム の解決法が構築できれば,超音速旅客機実現の扉を開くことになるわけである.Fig. 1.2ソニックブームの影響範囲15 Fig･ 1･3 Concorde飛行経路9
-Fig. 1.4伝播にともなう圧力波形の変化14(左図) Fig. 1.5 N型圧力波形16(右図) FWT叩Tm Fig. 1.6低ブーム圧力波形16 1-5複葉巽というコンセプト 本研究は複葉翼を用いて衝撃波を相殺し,地上に到達するソニックブームを根本的に削 減するという,全く新しい超音速飛行における騒音問題の解決法を提案するものである22, 23 このコンセプトは超音速における薄翼理論24に基づく二枚平板とBusemam複葉翼のメリット を活かし,超音速飛行におけるソニックブームを削減するというものである. 超音速飛行におけるソニックブーム低減法として,例えばDardenの方法18,25を用いた低 ブーム設計法がある.この方法は, F関数26をいくつかのパラメータを用いて表し,目標とす る圧力波形を実現する様にそれらのパラメータを決定することで,そのF関数に対応する等
価軸対称物体を求める方法である.これにより最適等価断面積分布を超音速機体に適用し,
低ブーム最適分布に近づけるわけである.これは地上に到達する強い圧力波形であるN波 形を崩していくことでソニックブームを低減するという手法である.しかし現在のところ同時に 機体サイズも小さくしない限り,人に不快感を与えない基準値である0.3 psf以下は実現できていない.本研究は地上に到達する波形を最適低ブーム波形-変形させることで低ブー
ムを実現するのではなく,根本的に超音速で発生する衝撃波を削減することで,低ブーム
を実現する. 116本研究の目的 本研究ではBusemann複葉翼型を中心に,超音速流中での2次元および3次元流れにおける二枚翼衝撃波干渉の様子を明らがにする.その結果から複葉翼を用いたソニックブ
ーム低減の可能性及び二枚翼特有の空力現象について考察する.また,これらの結果に
っいては実験により詳細な検証も行われた.第2章では波形パラメータ法27,28を用いたソニ ックブーム評価も行っている.ソニックブームの地上圧力波形を求める方法として, CFD(computational Fluid Dynamics)解析から近傍場圧力波形を求め,短時間でブームを推算
する方法が構築されており29, 30,本研究ではその方法を用いた.また二枚翼については基
本的な空力特性の確認を行っている. CFD解析は独立行政法人宇宙航空研究開発機構
(JAXA)が開発したUPACSコード31,および非構造格子ソルバーのTAS-flow solver32, 33
(Tohoku university Aerodynamics Simulation code-flow solver)を用いた.
ト7本報告書の構成
本研究課題の研究においては,いくつかの世界的に誇れる成果が得られている.しかし,それらを総じて記述するにはかなりのページ数を必要とするため,第1章から第7章に本研
究課題において開発された根幹要素を簡単にまとめ,詳細な内容については主要な発表
論文を添付することで代用することとした.以下に本報告書の構成を記す.第2章では超音速旅客機実現のボトルネックとなってい
るソニックブーム低減法として,複葉翼理論を提案する.複葉翼を用いたソニックブーム低減のコンセプトは, 2次元超音速流れにおける薄翼理論により得られる二枚平板の衝撃波
低減効果,またBusemam複葉翼を用いた衝撃波干渉効果を合わせることで,発生する衝 撃波自体を削減しソニックブームを低減させるというものである.得られた結果から,複葉翼 によるソニックブーム低減は可能であることを実証している.第3章ではBusemam複葉翼の空力特性をCFD解析から得ている.低ブーム二枚翼型の設計を行っていく上で基本的特
性の把握は重要である.またBusemam複葉翼には,その形状特有の問題といえるチョーク 現象が存在するため,様々なマッハ数に対して解析を行い,詳細に考察している.チョーク 現象回避方法は今後の研究課題ではあるが,回避方法のコンセプトについてはいくつか方 法を言及している.第4章および第5章では,より現実的機体設計に取り組むため,逆設計 法を用いた二枚翼型の設計,また3次元効果を検討するため二枚翼の空力設計にも取り組 んでいる.また,第6章および第7章では実験的研究結果を報告し,とくに第6章では計算 結果との比較･検討を行っている. - (う ー参考文献:
ll] httT)://www.iadc.or.1't)/iadcfbt.htm "平成16年度超高効率民間輸送機に関する調査研究
(平成17年3月),"財団法人日本航空機開発協会,2005.
[2] The BOEING Company, hq)://www.boeing.com/
[3] The AIRBUS Company, httD://www.airbus.coin/en/
[4】 The BOMBARDIER Corporation,仙p://www.bombardier.com/index.j sp
【51大林茂, "市場競争力に基づく新しい航空機設計法の研究,''科学研究費研究成果報 告書,平成14年3月.
[6] httt)://www･concordesst･com佃aneet.html AdrianMeredith, British Airways Picture.
【71吉田憲司, "超音速旅客機の空力形状に関する要素研究について,"日本航空宇宙学
会誌,第42巻第486号,1994年7月.
[8] Rech, J.andLeyman, C･ S･, "A Case Study by Aerospatialeand British Aerospace onthe
Concorde," AIAA ProfTessionalStudy series.
[9] Brian, Trubshaw, Concordethe Inside Story, Sutton Publishing Limited, 2000.
【101 "日仏航空機産業による超音速旅客機に関する共同研究について,…経済産業省
NewsRelease,平成17年6月14日.
lll] David, C.,Amnsteinand kurt, L., Schueler, "Two supersomic Business AircraR
ConceptualDesigns, W血and Wi也out Somic Boom Constmint," Journal ofAt'rcrajt, Vol. 42, No. 3, May-June, 2005, pp. 775-786.
[12] Preston, A･, Henne, "Case for Small Supersomic Civil AircraR,".Iournal ofAinrlが, Vol.
42, No. 3, May-June, 2005. pp.765-774.
[13日･ Km, "UnconventionalConfigurationsfor EfrlCient Supersonic Flight," V7U lecture series on Innovation ConjigzLrations and Adt,anced Concepts jTor Fuね〝℃ Civil Ainraji, June 6-10, 2005.
[141牧野光雄, y=ツクブームその費豪と現象産業図書,東京, 2000年. [15] Glass, I., Ⅰ., Shock Waves andMan (高木和書訳),丸善, 1987.
【161牧野好和,青山剛史,岩宮敏幸,綿貫忠晴,久保田弘敏, "低ソニックブーム圧力波
形実現のための空力設計法に関する研究,"航空宇宙技術研究所報告TR-1406,
2000. 【171吉田憲司, …ソニック･ブームの低減技術,"乗り物まわりの流れと騒音講習会, 1994. 【18】牧野好和,杉浦貴明,綿貫忠晴,久保田弘敏,青山剛史, …近傍場におけるソニックブームの数値推算,"第14回航空機計算空気力学シンポジウム論文集,航空宇宙技
術研究所特別資料, sp-34, 1997, pp. 263-268. [19] httD://ww.ifs.tohoku.ac.iT)/edge/SSF.htm,大林茂, `サイレント超音速飛行実現のため の実験･計算融合研究わ[20] Sasaki, D., Yang, G..,and Obatashi, S., "Automated Aerodynamic Optimization Sysyem for SST Wing-Body Configuration," Transactions of the Japan SocieO,jTor Aeronautical
and Space Sciences, Vol･46, No･ 1 54, February 2004, pp･2301237･
[21] Sasaki, D. "Adaptive Range Multi-Objective Genetic AlgoritlmSfor Aerodynamic
Dsign problems," ph･ D Dissertation, Department of System Information Sciences, University of Tbhoku, Japan, March 2004･
[22] Kusunose, K., "A New Concept in the development of Boomless Supersonic Transport,"
First Intemational Conference on Flow Dynamics, Sendai, Japan, November 2004･ 【23] Kusunose, K., Matsushima, K., Goto, Y, Ⅶmashita, H･, Ybnezawa, M･, Mamyama, D･
and Nakan0, T.,砧A Fundamental study f♭r the Development of Boomless Supersonic
Transport Aircraft,M AIAA Paper 2006-0654, January 2006･
[24] Liepmann, H. W.,and Roshko, A., Elements of Gas Dynamics, John Wiley & Sons, Inc･,
New York, 1957, pp.107-123, pp･389･
[25] Darden, C., M., "SonicIBoom Minimization with Nose-Bluntness Relaxation," NASA
TP-1348, 1979.
[26] Whitham, G., B., "The Flow Pattem of a Supersonic Projectile," Communication on Pure and Applied Mathematics, Vol･ 5, No･ 3, pp･ 301-348, 1952･
[27] Thomas, C. L., "Extrapolation of Wind-Tunnel Sonic Boom Signatureswithout Use of
WhithamF-function," NASA SP-255, pp. 205-217, 1970･
[28] Thomas, C. L., "Extrapolation of Sonic Boom Pressure Signatures by the Wave form Parameter Method," NASATN D-6832, June 1972.
[29] Makino, Y., Suzuki, K., Noguchi, M･,and Yoshida, K･, "Nonaxisymmetrical Fuselage shape Modification for Drag Reducation of Low-Sonic-Boom Airplane,n AIAA Joumal,
Ⅵ)I.41, No.8, 2003, pp.1413-1420･
【30】山下博, "超音速飛行融合研究に向けたソニックブーム計算法の構築,"東北大学卒
業論文2004.
[31] Takaki, R., Yamamoto, K., Yamane, T･, Enomoto, S･and Mukai, J･, "The Development
of the UPACS CFD Environment," High Performance Computing, Proc･ ofISHPC 2003,
Springer, pp･307-3 19, 2003･
[32] Ito, Y.,and Nakahashi, K., …Surface Trianglation for Polygonal Models Based on CAD
Data," International Journal jTor Numerical Methods in Fluids, Vol･39, Issue 1, May
2002, pp.75-99.
[33] Nakahashi, K., Ito, Y.and Togashi, F., "Some Challenge of Realistic Flow Simulations
by Unstructured Grid CFD," International JournaljTor Numerical Methods in Fluids, Voll
43, 2003, pp.7691783･
