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 研究テーマ

  • 設計情報学
    1. 実問題応用
      1. 再使用型宇宙往還機Flyback Boosterの多分野融合最適設計
      2. 空力/構造/空弾連成の遷音速旅客機主翼多分野融合多目的最適設計
      3. エンジンファン騒音遮蔽効果の最適設計
      4. 空力/複合材構造/空弾/ブーム騒音連成の静粛超音速研究機多分野融合多目的最適設計
      5. 空力/構造/推進/飛行経路連成の単段式ハイブリッドロケット多分野融合最適設計
      6. 進化計算と空力/構造評価を伴う多目的最適設計のための完全自動化システム
      7. 遷音速バフェット強度定量化のためのトポロジカルデータ解析
    2. 最適化手法
      1. 進化計算法ベースのハイブリッド最適化手法-遺伝的アルゴリズム,差分進化,粒子群最適化のハイブリッド化-
      2. parallelized MOEA/D
      3. adaptive weighted aggregation
    3. データ解析
      1. 自己組織化マップ
      2. 統計学的手法 - 分散解析
      3. ラフ集合理論
      4. 決定木
      5. 階層型相関分析
      6. 進化的強化学習
      7. マイニング結果の可視化手法(分散解析+triangular matrix representation)
  • 数値流体力学
    1. デルタ翼周りの前縁剥離渦の数値解析
    2. 航空機高揚力装置の新しい使い方
      1. Flapへのyaw方向回転自由度付加による空力性能への影響
      2. 複数枚に分割する可能性
  •  



空力/構造/空弾を考慮した小型旅客機主翼形状MDO (04/02-05/02)

航空宇宙機は,空力・構造・制御・推進・騒音といった多くの分野に跨り設計要求が存在するため, 今後工学的現実問題を議論し応用するためには,多分野融合最適化を行う必要があります.

そこで本研究では空力・構造・空力弾性を考慮した多分野融合最適化を行うべく,そのシステム構築と実行を研究目的としており, 2003年より進行している国産プロジェクトの純国産高性能小型旅客機を対象にしています. 空力評価にはNavier-Stokes計算を,構造解析にはNASTRANを用い,強度/フラッタ解析まで行います. 目的関数にはBlock Fuelの最小化に加え,最大離陸重量及び抵抗発散最小化という多目的の最適化問題を定義し,実行しました.

その結果,Block Fuelと抵抗発散の間にTradeoffが存在し,データマイニングにより設計空間の知識を獲得しました. 設計知識を最適化で得られた解の一つに反映させた結果,より良い形状を生成することが出来, データマイニングが,最適化の際に失われた,或いはまだ獲得していない設計知識をサルベージ出来ることを示しました. 尚,本研究は三菱重工業との共同研究です.


再使用型宇宙往還機Flyback Booster翼形状の空力最適化 (03/02-04/01)

情報工学やバイオテクノロジーといった幅広い分野にまで宇宙空間は利用され,宇宙開発は益々進歩することが期待されますが, 宇宙開発は常に軌道までの輸送コストとの鬩ぎ合いです. 現在使用されている宇宙輸送機であるロケットは使い捨て故コストダウンには限界があり, その唯一の打開策として機体の再使用化が考えられています.

本研究では,その初期段階として液体燃料ロケットエンジンを搭載し垂直離陸水平着陸方式を採用した2段式再使用型宇宙輸送機を考えます. 特に回収が困難なため再使用化に不向きなブースター段を対象とし,その翼の3次元形状の最適化を行っています. 宇宙輸送機の飛行経路が遷音速,亜音速領域を内包しているため,粘性を考慮した非構造Navier-Stokes計算による空力評価を行いました.

その結果,4つの目的関数間のトレードオフ情報と,多目的最適化の後処理としてのデータマイニングを, 自己組織化マップを用いることで行い,目的関数と設計変数間の相関関係を明らかにしました.

多目的最適化では,結果として唯一解ではなく最適解の集合が得られるため, データマイニングは多目的最適化問題の後処理として非常に重要な要素です.


デルタ翼周りの前縁剥離渦の数値解析 (02/04-03/03)

数値流体力学(CFD)の問題点の一つは乱流モデルです. 流体運動方程式を数値的に解き,実現象を捉えることは計算時間の観点から不可能に近く, CFDでは乱流輸送に関する大きなスケールの運動に着目し,それ以外を乱流モデルで置き換えています. この乱流モデルはこれまで多々提案されましたが,モデルにより計算結果が異なり, 実現象を計算で捉えるには至っていないのが現状です.

本研究では,NASAラングレー研究所で近年実験されたデルタ翼周りの計算を,複数の乱流モデルを用いて実験と比較検討しています. この実験では,通常発生する1次渦の内翼側に同回転方向成分を持つ内渦を捕らえていますが,その正体までは言及できていません. そこで,計算により三次元渦構造を可視化し,内渦の正体を解明することを目的としています.

計算の結果,修正Spalart-Allmaras1方程式モデルが内渦を捉え,それにより三次元詳細構造を可視化しました. その結果,実験で捕らえられた内渦が,前縁の丸みによって遅れて発生した1次渦に巻き込まれた剪断層であることを, また遅れて発生した1次渦がOpen-Type Separationに分類できることを明らかにしました.



 研究助成

31. 取りまとめ: 千葉 一永, 分担: 株式会社IHI
次世代複合材創製・成形技術開発/研究開発項目1
複合材時代の理想機体構造を実現する機体設計技術の開発 (課題番号: )
国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構, 33,750千円, 令和2-6年度.

30. 千葉 一永
航空機体と稼働エンジンとの統合解析 (課題番号: J20I093)
東北大学流体科学研究所公募共同研究, 234千円, 令和2年度.

29. 代表: 石川 晴基, 分担: 千葉 一永
飛行条件に高忠実な航空機エンジン性能評価 - 駆動エンジンと機体の統合流体計算の実現 (課題番号: jh200040)
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN) 公募型共同研究, 2020年度.

28. 千葉 一永
航空機の非定常現象発生メカニズム解明のための位相的データ解析 (課題番号: 19K12095)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 基盤研究(C), 4,420千円 (内直接経費3,400千円), 2019(令和元)-2021(令和3)年度.

27. 千葉 一永
非構造数値流体解析を伴う進化的最適設計システムの完全自動化 (課題番号: J19I076)
東北大学流体科学研究所公募共同研究, 240千円, 平成31年度.

26. 代表: 金崎 雅博, 分担: 千葉 一永
進化型最適化法と高速CFDによる高Fidelity空力計算に基づく汎用最適設計フレームワークの構築 (課題番号: )
北海道大学情報基盤センター萌芽型共同研究, 380,000円, 平成30年度.

25. 代表: 千葉 一永
バフェットオンセット特定に向けたデータマイニング手法の検討(統計解析・可視化の適用)(課題番号: JX-PSPC-507835)
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 委託研究, 372,814円 (内直接経費286,780円), 平成30年度.

24. 取りまとめ: 千葉 一永, 分担: 東北大学流体科学研究所,株式会社IHI
エンジン-機体統合性能予測CFD解析技術(課題番号: )
国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代構造部材創製・加工技術開発 うち,研究開発項目5航空機用構造設計シミュレーション技術開発に係る委託業務6, 15,000千円, 平成30-31年度.

23. 千葉 一永
空力・構造・空力加熱を考慮した二段式再使用宇宙輸送機ブースタステージの最適形状設計 (課題番号: J18I038)
東北大学流体科学研究所公募共同研究, 221千円, 平成30年度.

22. 代表: 金崎 雅博, 分担: 千葉 一永
大規模計算資源を援用した有翼式宇宙往還機の実用的なエアフレーム・推進統合設計 (課題番号: jh180057)
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN) 公募型共同研究, 平成30年度.

21. 代表: 千葉 一永
非定常兆候検出のためのデータマイニング手法の検討(統計解析・ニューラルネットワークの適用)(課題番号: JX-PSPC-458549)
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 委託研究, 149,999円 (内直接経費115,384円), 平成29年度.

20. 千葉 一永
係留式高層プラットフォームシステムのためのLTA機体空力設計 (課題番号: J17L050)
東北大学流体科学研究所リーダーシップ共同研究, 86千円, 平成29年度.

19. 代表: 金崎 雅博, 分担: 千葉 一永
大規模計算資源を援用した有翼式宇宙往還機の実用的なエアフレーム・推進統合設計 (課題番号: jh170033-NAJ)
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN) 公募型共同研究, 平成29年度.

18. 代表: 濱田 直希, 組織委員: 千葉 一永
ベクトル値滑層分割Morse理論の構築による多数目的最適化問題の解集合の可視化
九州大学マス・フォア・インダストリ研究所共同利用研究公募短期共同研究, 平成29年度.

17. 代表: 千葉 一永
非定常兆候検出のためのデータマイニング手法の検討(課題番号: JX-PSPC-444192)
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 委託研究, 917,993円 (内直接経費706,149円), 平成28年度.

16. 代表: 佐宗 章弘, 共同参画者: 千葉 一永
実機飛行を通した航空実践教育の展開
宇宙航空科学技術推進委託費, 平成28-31年度.

15. 代表: 千葉 一永
Aerial Launch Platform / Systemの研究
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙工学委員会 平成28年度戦略的開発研究費, 1,000千円 (内直接経費909千円), 平成28年度.

14. 代表: 千葉 一永, 連携研究者: 渡邉 真也
大域/局所設計情報間の潜在構造の可視化と数理モデル化 - 現象理解と仮説導出に向けて (課題番号: 16K00295)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 基盤研究(C), 4,420千円 (内直接経費3,400千円), 平成28-30年度.

13. 千葉 一永
係留式高層プラットフォームシステムのためのLTA機体空力設計 (課題番号: J16007)
東北大学流体科学研究所一般公募共同研究, 209千円, 平成28年度.

12. 代表: 金崎 雅博, 分担: 千葉 一永
大規模計算資源を援用した有翼式宇宙往還機の実用的なエアフレーム・推進統合設計 (課題番号: jh160047)
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点(JHPCN) 公募型共同研究, 平成28年度.

11. 代表: 佐鳥 新, 分担: 千葉 一永
Aerial Launch Platform / Systemの研究
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 宇宙工学委員会 戦略的開発研究費, 500千円, 平成27年度.

10. 代表: 金崎 雅博, 分担: 千葉 一永
大規模並列計算機環境による進化計算を用いた次期宇宙輸送系の創出 (課題番号:)
北海道大学情報基盤センター共同研究, 750千円, 平成27年度.

9. 千葉 一永
飛行船および索が有する空力性能の係留式高層プラットフォームシステム挙動に対する影響性 (課題番号: J15010)
東北大学流体科学研究所一般公募共同研究, 180千円, 平成27年度.

8. 代表: 今村 太郎, 分担: 千葉 一永
垂直エルロンの空力特性解明 (課題番号: 26630440)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 挑戦的萌芽研究, 480千円, 平成26-27年度.

7. 千葉 一永
非定常現象を伴う航空宇宙機に対する設計情報学の拡張 (課題番号: J14032)
東北大学流体科学研究所一般公募共同研究, 202千円, 平成26年度.

6. 代表: 棟朝 雅晴, 分担: 千葉 一永
スパコンとインタークラウドの連携による大規模分散設計探査フレームワークの構築 (課題番号: jh140010)
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 公募型共同研究, 平成26年度.

5. 代表: 大林 茂, 分担: 千葉 一永
革新的ソニックブーム低減技術の地上実証研究 (課題番号: 23246144)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 基盤研究(A), 2,400千, 平成23-26年度.

4. 千葉 一永
設計情報学の創出-次代を担う航空宇宙機の実現を目指して (課題番号: 22700155)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 若手(B), 3,100千, 平成22-23年度.

3. 千葉 一永
革新航空宇宙機開発のための設計空間に対する俯瞰的アプローチによる設計知識獲得法 (課題番号: 20700149)
日本学術振興会 科学研究費補助金, 若手(B), 2,100千, 平成20-21年度.

2. 千葉 一永
Evolutionary Design Optimization of Wing Shape for RLV Booster Stage Using Unstructured N-S Computaion
財団法人 宇宙科学振興会, 国際研究集会(海外)参加費用補助, 300千, 平成15年度.

1. 千葉 一永
奨学生番号: 602-06-502782
日本育英会奨学金, 第1種奨学生, 平成14-16年度.