2015 Fiscal Year Research-status Report
分散配置９軸センサロガーによる気球系の飛翔中挙動計測とダイナミクス同定法の研究
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15K21130
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
莊司 泰弘 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70582774)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 動力学 / 数値力学シミュレーション / 成層圏気球 / 測定機器開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は研究計画に従って，提案した小型軽量なセンサ／ロガーシステムの開発と，データ取得後の解析手法の検討，実験実施に向けた気球運用者であるJAXAとの協議を進めた．
センサ／ロガーシステムの開発はおおよそ当初案通りに進められている．これまでにプロトタイプの設計と試作を行い，これを元にJAXAと搭載方法等について協議を進めた．実験上の安全確保のため設計変更を重ね，実験準備としては若干遅れている．遅れの回復は平成28年度上半期で得られる見通しである．
データ解析手法の検討については，一連の実験の流れを事前に検証するため，動力学モデルを用いた気球系各部の姿勢数値シミュレーション手法を構築した．これにより気球系モデルの任意の部位に外力を与えることで，実験時に取り付ける各部センサが計測する姿勢変化をシミュレートすることができるようになった．現在，さらに進めて各部センサの計測結果から計測時の気球系全体の姿勢を再現するデータ処理法の構築進めている．今後，このシミュレーション手法を用いて今後，実験手順の検証と，実験データ解析を行う．
平成27年11月にJAXAにおいて開催された大気球シンポジウムで，これまでの関連研究の成果発表と実験提案を行った．発表後の質疑では活発な討論が行われ，本研究および提案する実験で期待される成果が，成層圏で将来の行われる気球実験全般に対して大きな意義を有する認められた．実験提案は条件付きで採択され，平成28年度の実験実施に向けて準備が進められている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成27年度は提案した小型軽量なセンサ／ロガーシステムの開発と，データ取得後の解析手法の検討，実験実施に向けた気球運用者であるJAXAとの協議を進めた．
フライト中の気球系の挙動観測を実施するため，JAXAへ実験提案を行い，平成28年度第1次および第2次気球実験への参加を条件付きで採択された．条件は飛翔安全の確保に影響を及ぼさないようにすることと，実現しようとしている観測に対して使用するセンサの性能が要求を満たしていることの確認であった．
前者に対応してセンサロガーシステムの設計を修正し，筐体と電子回路設計を行いプロトタイプモデルを試作した．これを元に気球を運用するJAXA側との議論を重ね，当初計画よりは若干大きいものの，計画のように気球系各部に搭載可能なセンサ／ロガーシステムを予算内でそろえられる目処が立った．現在，3機分＋予備のフライト品を製造，試験するための作業を進めており，平成28年5月下旬に完成予定である．計画では平成27年度内にフライト品を必要数完成させる予定であった．しかし，採択条件に対応した設計変更に時間を要したことなどから，ステータスが若干遅れている．
また，データ取得後の解析手法の検討を行うため，数値シミュレーションモデルを構築し，データのより有効な解析方法を検討している．気球系の複数のリンクからなる力学モデルを構築しこれが揺動するシミュレーションを行い，気球系各部に取り付けられたセンサが計測するデータモデルを得るシミュレータを構築した．現在，このシミュレーションデータを元に，気球系のシステム同定を行う手法の検討を進めている．
また，採択条件の後者に対応して，シミュレータを用いて気球系に搭載するセンサの出力シミュレーションを行い，得られるデータによる挙動の推定は可能であるとの結論に達した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，予定通り1回以上の気球実験に対して本研究で開発した姿勢ロガーシステムを適用し，データを収集する．収集したデータを解析を進める．
JAXAによる気球実験に参加するため，早期にシステムの開発を完了する．センサロガーの増産，効率的な試験設備の構築を行う．本研究では比較的多くのロガーを同時に使用するため，実験準備と実験後の処理を効率的に進めることが研究遂行上大切である．本年の実験参加を通して準備作業，試験作業を効率化してゆく．
平行して，平成27年度に構築した数値シミュレーションモデルを元にデータ解析手法の検討を進める．本研究では気球飛翔中の運動計測結果に基づいて，気球系の動力学モデルを定量的に検討することが目的の一つである．気球系の構造自体は単純であり，数値シミュレーションモデルを構築した．平成28年度は各部のパラメータを飛翔データから明らかにする手順の構築と，これに基づいたフライトデータの解析を行う．
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| Causes of Carryover |
研究計画立案時点において平成28年度の実験は早ければ5月から実施されるとの想定で，これに使用する実験装置を平成27年度内に調達する予定であった．しかしながら，進捗状況報告欄で述べたように実験上の安全確保のために設計変更が重なり計画の進捗に遅れが生じたため，27年度は試作品の調達までで終了し，予算が最も大きい実験に使用する装置全数の購入には至らなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度中に研究に必要な全数の実験装置を調達する．平成28年度の実験は計画立案時点の想定よりも遅くなり6月を予定しており，装置の必要数量および価格に変更はないため，平成27年度において発生した次年度使用額は全額使用予定である．
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