2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on dynamics estimation method for stratospheric balloons based on in-situ direct sampling with distributed 9-axis sensor loggers
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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, 工学研究科, 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 |
本研究では，科学観測や工学実験を目的に運用される成層圏気球のゴンドラ部姿勢制御設計に資する動力学モデルを構築することを目的に，以下の3点を明らかにすることを目標とした．(i)飛翔中の気球系(気球本体，吊り紐，ゴンドラ)各部の運動を計測し，数値的に明らかにする．(ii)得られたデータを用いて動力学構造モデルを検討し，改善する．(iii)本研究で提案する手法により，気球系に入力される外乱力を定量的に推定できることを示す．
これらのうち(i)について，気球系各部の姿勢運動に影響を与えず計測するシステムとして，その場の姿勢運動とGPS時刻を同時に計測し保存する小型軽量なGPS姿勢ロガーを開発した．これにより全長100m以上にもなる巨大な気球系の，姿勢運動を代表する6カ所の運動を独立して記録し，フライト終了後に各ロガーを回収してGPS時刻に基づいたデータの同期ができるシステムを構築した．開発したシステムを実際に2機の気球に取り付け，平成29年度に飛翔実験を行い，データの回収に成功した．
(ii)について，平成28年度までに吊り紐とその下に懸架されるゴンドラが2重振子を構成し，同時に吊り紐がねじれる3自由度モデルを，過去に得られた部分的なデータから得ていた．平成29年度に得られた飛翔データを解析しモデルを再検討したところ，従来モデルでは固定ベースとされてきた気球本体も吊り紐とともに振子運動をしていることが見いだされ，気球の浮力中心を支点とする3自由度振子モデルに改良された．気球本体を振子の一部と見なすか否かは，気球本体が巨大であることから運動エネルギーや運動の周波数に与える影響が大きい．
(iii)の外乱力モデルの検討については，本研究期間内にモデルの構築を終えられなかった．しかし，フライトデータに外乱力の影響を示唆する特徴が表れていると見られ，本研究期間終了後も引き続き検討を進める．
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