2023 Fiscal Year Research-status Report
Mechanism of micro-vibration transmission through electric harnesses and its application to dampers
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20K04253
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
内田 英樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (90450709)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
巳谷 真司 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (00747446)
壹岐 賢太郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 第一宇宙技術部門(旧、輸送本部), 研究開発員 (00770257)
安田 進 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (30450711)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 有限要素法 / 波動有限要素法 / モード歪エネルギー法 / 伝搬モード解析 / 構造減衰 / 擾乱 / 微小振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工衛星内部の搭載機器が稼働する際に発生する擾乱が観測機器に伝搬することで画像の歪み等の観測結果に悪影響が生じる。本研究の目的は、人工衛星を構成する構体パネルに敷設される電源ハーネスが擾乱の伝達経路でありながら構造要素にもなり得る事実に着目し、電源ハーネスを積極的に擾乱抑止の減衰機構（ダンパ）へとその構造を仕立てる設計手法を構築することである。具体的には、電源ハーネスの束ね方や曲げ方、固縛間隔、構体パネルへの固定間隔といった電気的のみならずダンパとしても最適な構造と敷接方法等を解析的および実験的に明らかにすることであり、これらに関連する研究項目は以下の３つである。
１． 構造特性のばらつきを考慮した電源ハーネスのモデル化と構造・電気性能同時最適化
２． 超低剛性ハーネス（電源ハーネスのゼロ曲げ剛性化）
３． 電源ハーネスのダンパ化
令和５年度では、項目３においてハーネス敷設ビーム構造（取付位相が異なる2種類）の有限要素法（FEM）とモード歪エネルギー法によるモード解析結果からハーネスの他にハーネスの締結に使用する結束バンドも減衰に寄与していることが明らかにした。さらに、無限長の周期構造と仮定した波動有限要素法（Wave FEM）とモード歪エネルギー法を組み合わせて波動伝搬モード解析を行うことで、構造の一部分から全体構造の減衰特性（損失係数）も含めた振動特性が推定できることを明らかにした。この成果をまとめ、国際学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１． 構造特性のばらつきを考慮した電源ハーネスのモデル化と構造・電気性能同時最適化
２． 超低剛性ハーネス（電源ハーネスのゼロ曲げ剛性化）
３． 電源ハーネスのダンパ化
項目２については、成果を国内学会（令和４年度）で発表しており、項目３のハーネスのモデル化等については国内学会（令和４年度）と国際学会（令和５年度）でそれぞれ発表しているが、一歩踏み込んだダンパ化の検討は途中である。そして、項目１は調査段階にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
１． 構造特性のばらつきを考慮した電源ハーネスのモデル化と構造・電気性能同時最適化
２． 超低剛性ハーネス（電源ハーネスのゼロ曲げ剛性化）
３． 電源ハーネスのダンパ化
当初計画していたカーボンナノチューブ(CNT)短繊維を撚糸化した布を構造減衰の促進に利用する方法については、想定した減衰性能が期待できないことと、新型コロナウイルス感染症の影響によりサンプルの入手性にも影響が生じているため優先度を下げ、一方でハーネスの取付条件を変えることで減衰性能が高くなるような条件を見出すパラメトリックスタディを行うこととする。令和５年度に開発した波動有限要素法（Wave FEM）とモード歪エネルギー法を組み合わせた方法であれば低コスト（短い計算時間）で実施すること可能である。また、ハーネス本来の設計条件である電気的な観点をモデル化に取り込むことは項目１の調査結果から可能と考えられるので、項目１が目標とする電源ハーネスの構造・電気性能同時最適化も可能と考えている。
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| Causes of Carryover |
ハーネスのダンパ化にあたりダンパ要素としての実装方法を再検討し、次年度に改めて必要なサンプル等を調達することとした。
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