2015 Fiscal Year Annual Research Report
光ファイバセンサを用いた風車ブレードの分布荷重同定手法に関する研究
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15H04209
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
村山 英晶 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10361502)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井川 寛隆 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (10358690)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 荷重同定 / 光ファイバセンサ / 分布計測 / FBG / OFDR / 逆解析 / 構造ヘルスモニタリング / ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
風力発電用風車の大型化にともない、風車翼に加わる荷重と変形が与える風車翼自身および風車全体の健全性への影響が増加していく。本研究では、過大な荷重・変形を抑える高度な翼ピッチ制御に必要な情報として、翼の荷重分布および全体変形に着目し、分布型光ファイバセンサから得られるひずみ情報から逆解析手法などを用いて荷重および変形を精度よくかつ高速に推定することを目標としている。
当該年度（平成２７年度）は、分布型光ファイバセンサによる高速ひずみ分布測定技術の実証（課題１）として、目標とする100 Hz以上である約800 Hzの応答性をもつ計測システムを用いて性能評価および評価手法の検討を行った。従来にない特徴をもつ計測システムの評価手法を開発し、10～20マイクロストレインの精度（ばらつき）があることが分かった。正確度の評価には評価法の改良が必要である。光ファイバのひずみ情報から構造変形を算出する手法の開発（課題２）では、翼模型の曲げ変形が精度よく推定できた。参照値としてカメラの変形計測（２次元）が有効であり、翌年度（平成２８年度）には３次元に拡張したカメラ計測を活用することとした。数値解析による、翼分布荷重逆推定手法の確立（課題３）では、翼模型の数値解析モデルを作成し、流体－構造連成解析手法をもとに流体力を受けて変形する翼の荷重分布の推定手法について検討を行った。最後に、複合材料製翼構造体を用いた曳航水槽試験による、分布荷重同定システムの実証（課題４）では、曳航水槽試験を行い、課題２、課題３で検討した変形・荷重推定手法および研究分担者が開発した150 Hzの計測システムの利用により、曳航中のアルミ合金製翼模型の変形および荷重推定が可能であることが分かった。
以上の成果は新規性・独自性があり、光ファイバセンサの実用性・適用性を向上させるうえで意義がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度に実施を予定した以下の４つの課題について、ほぼ予定通りに実施することができた。
分布型光ファイバセンサによる高速ひずみ分布測定技術の実証（課題１）では、目標より大幅に応答性の良い計測システムを利用し、世界最高水準の性能を持つことを示した。信号処理の簡素化、性能手法の改良が課題として残っている。光ファイバのひずみ情報から構造変形を算出する手法の開発（課題２）では、曲げ変形のみについて実証したが、ねじり、曲げを含む３次元的な変形推定の実証が残っている。数値解析による、翼分布荷重逆推定手法の確立（課題３）では、流体－構造連成解析によって曳航中の弾性翼模型の荷重が精度よく推定することができ、それをもとに逆解析手法を構築した。複合材料製翼構造体を用いた曳航水槽試験による、分布荷重同定システムの実証（課題４）では、アルミ合金製翼模型での結果が得られたので、それをもとに複合材料製翼構造体を用いた実験の計画をする。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の要素技術は大きく「高速ひずみ分布測定技術の開発」と「荷重逆推定手法の確立」に分けられる。当該年度（平成２７年度）は、当該研究代表者が全体を取りまとめながら、２つの要素技術開発に関して研究分担者および連携研究者、研究協力者らと分担・連携・協力して研究を進めることができた。今後は、研究遂行のための良好な体制を維持しつつ、「高速ひずみ分布技術の開発」に関連して、国際的な標準化活動の基盤を担うことも意識して、海外研究者らとの情報交換を進めていく。また本研究の成果・プロセスが、研究の効率化・高度化に重要な役割を果たしている当該研究代表者所属機関の設備の発展的維持管理に貢献するよう計画とフィードバックを意識する。「高速ひずみ分布測定技術の開発」では各種材料試験機、「荷重逆推定手法の確立」では曳航水槽設備、他各種計測機器が成果の独自性と新規性に大きく寄与しているためである。
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