未来の航空機設計のためのツール

持続可能な次世代航空機の開発には、創造性だけでなく、高度なデジタルツールや分析ツールが必要です。
コラボレーティブ・ビー・エコシステムでは、学生や研究者がオープンでモジュール化されたインテリジェントなプラットフォームを活用し、革新的な航空コンセプトを探求します。
Lesser Open Bee License 1.3の下で革新的な航空コンセプトを探求します。

🌍 概要

Tools for Future Aircraft Designイニシアチブは、シミュレーション、最適化、リアルタイムのコラボレーションを統一されたフレームワークで結びつけます。
Bee-Plane™、 Mini-Bee™、 ISO-Plane™、 GPS 4D™などのオープン・エンジニアリング・プロジェクトをサポートしています、
などのオープン・エンジニアリング・プロジェクトをサポートしており、学術界と産業界のパートナーがハイブリッド航空機やモジュール式航空機のデジタル・モデルを共同開発しています。

これらのツールは、学際的なチームが構造、空気力学、推進システムを共同で解析することを可能にします。
設計の課題をデータ駆動型エンジニアリングの機会に変えることができます。

主な機能

3D コラボレーティブ・シミュレーション環境：モデル作成、飛行力学、試験のための共有デジタル・ワークスペース。
リアルタイム最適化：気象、環境、航路データを統合し、適応的なフライトプランニングを実現します。
障害物回避インテリジェンス：3D都市・空域マップ内の静的・動的障害物のAI支援検知。
燃料と時間の最適化：エネルギー消費と総飛行時間を最小化するアルゴリズム。
データのトレーサビリティ：組み込みのライセンスメタデータにより、すべてのシミュレーションと結果がオープンスタンダードの下で文書化されます。

方法論と最適化フレームワーク

研究チームは、物理モデリング、制御理論、数値最適化を組み合わせた高度な手法を開発しました。
このシステムは、ダイナミック・フライト管理のためのオープンなシミュレーション環境であるGPS 4D™の基盤を形成しています。

モデリングアプローチ

推力、トルク、角速度制御入力に基づく物理モデリング
航空機の動的挙動を記述する数学的状態方程式
飛行時間、燃料使用量、経路の安全性を統合した多目的コスト関数
最終状態、制御限界、障害物クリアランスのための包括的な制約。

最適化手法

このプロジェクトでは、複数の最適化戦略を検討した後、精度と収束性を考慮してレジェンドル擬似スペクトル法（LPM）を選択しました。

一般化線形2次レギュレータ（LQR）
近似動的計画法（ADP）
有限要素離散化
レジェンドル・シュードスペクトル法 – 最終的な解決に採用。

解決方法

非線形最適化問題を多項式基底関数を用いて有限次元空間に再定式化、
現実的な制約条件下での最適飛行軌道の精密な計算を可能にしました。

⚙️ 実装上の課題

開発中にいくつかの課題が浮上しました：

リアルタイムのシミュレーションサイクル内で多数の飛行制約を管理すること。
分散コンピューティング環境を使用したチーム間の協調的な同期の確保。
予測不可能な気象変動への最適化アルゴリズムの適応
計算時間を最小限に抑えながら、モデルの精度を維持すること。

これらの制約を克服することで、次世代の自律型航空機に直接適用可能なリアルタイム最適化と協調制御のブレークスルーをもたらしました。

アプリケーションと広範な影響

当初は救急車や緊急対応ミッションのために考案されましたが、開発されたモデルやアルゴリズムは、現在では以下のような幅広い分野で活用されています。
空中の移動とロジスティクスの広範な用途に役立っています：

ドローンの自律ルーティングと航空交通調整。
ライブ地形データ統合による捜索救助活動
アーバンエアモビリティ（UAM）とハイブリッドVTOLトラフィック管理
一刻を争う配送のためのサプライチェーン最適化

この研究は、航空機の軌道最適化が、より広範な産業最適化問題（特に輸送、ロジスティクス、物流など）とどのように連携できるかを示しています。
特に輸送、ロジスティクス、環境管理において。

✈️ The AAS Tool – Aeronautical Analysis and Sizing（École Centrale Paris）。

ÉcoleCentrale Parisで開発されたAAS Analysis Toolは、航空機のサイジング、性能評価、モジュール設計のための主要なデジタルプラットフォームです。
航空システム工学における長年の学術的専門知識を集約したもので、現在ではBeeエコシステムのオープンリソースライブラリの一部を構成しています。

AASツールのコア機能

モジュラー設計フレームワーク：旅客機、貨物機、研究用航空機モデル間のシームレスな再構成を可能にします。
サプライチェーンモデルとの統合:設計の反復を製造およびロジスティクスの効率とリンクします。
リアルタイム・イテレーション：概念設計中にパラメータをダイナミックに更新し、より良い意思決定を実現します。
高忠実度空気力学：性能予測のための揚力、抗力、および流れの状態のモデリングを改善します。

Bee-Plane™モデルは、モジュール式航空機の設計原理を実輸送システムに適用した学術的実証モデルです。

航空機設計の戦略的役割

航空機設計は、航空機がいかに効率よく、安全に、そして持続的に運航できるかを定義します。
そのためには、構造工学、空気力学、材料科学、そして人間工学の複雑なバランスが必要です。
Beeプロジェクトにとって、設計は科学的なプロセスであると同時に、教育的な共同課題でもあります。

優れた設計の主要分野

燃料効率と航続距離：最適化された形状と素材により、空気抵抗、燃料消費量、排出量を削減。
エアロダイナミクスとスピード：精密な形状により、さまざまな飛行体制における性能を確保します。
ペイロードとキャパシティ：安全性を損なうことなく、実用性を最大化するモジュール構成。
安全性と信頼性：冗長性、構造的完全性、およびパイロットインターフェースの設計は、運用における信頼を保証します。
騒音と環境への影響：より静かなエンジンと空力減衰により、地域社会への影響を低減します。
経済性：効率的な設計により製造コストを削減し、競争力を高めます。

航空機の設計は、オープンなコラボレーションと連携することで、学習サイクルの高速化、組織横断的なイノベーション、および学術研究と実際の研究とのより強い結びつきをもたらします。
学術研究と実際の産業応用の間のより強いリンク。

🔗 教育と研究の統合

上述したすべてのツールや手法は、学生チームによって
第2章Lesser Open Beeライセンスのオープンソース。
これらは大学のコースワーク、共同プロジェクト、TRLレベルの研究マイルストーンに統合されています。

Beeエコシステム内で活動する学生は、以下の経験を積むことができます：

デジタルツインの作成とシミュレーション
機械、データ、システムエンジニア間の学際的コラボレーション。
オープンな出版と査読のための結果の文書化。
ライセンスと倫理的なエンジニアリング基準の遵守

各成果物は、Collaborative Bee Wikiを通じて利用可能なオープンな航空知識の増大に貢献します。
コラボレーティブ・ビー・ウィキ