2023 Fiscal Year Annual Research Report
Wave Propagation Analysis and Shape Control System Development for Large-Sized Membrane Space Structures
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21K14354
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高尾 勇輝 九州大学, 工学研究院, 助教 (70896654)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 大型宇宙構造物 / 膜構造 / 波動 / 形状制御 / ハードウェア / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超大型の宇宙薄膜構造物の自在かつ3次元的な形態変化の実現を目指し、波動工学の観点による物理現象の解明と、形状制御システムの開発を行うものである。研究計画に従い、昨年度までに以下の研究成果を獲得してきた。
1) 薄膜構造物の振動・波動の理論体系を整え、従来のモード法が対象とする定常応答に加えて、任意の外部入力の作用下における過渡応答の解析解を導出した。無限次元システムである柔軟構造物の解析には通常、有限要素法など計算コストの大きな数値解法を必要とするため、構造変形を数式で記述可能とする本理論は、本研究に限らないあらゆる場面で役立つ重要な研究成果である。
2) 上記の構造理論を用いて、超大型薄膜構造物に向けた形状制御システムの設計を行った。離散配置されたアクチュエータ入力に対する過渡応答解析および周波数応答解析を行い、目標の3次元形状を形成するための入力波形とアクチュエータ配置への十分条件を明らかにした。
3) 以上で構築した構造理論および制御システムの有効性を検証するため、形状制御用のハードウェアを開発した。実際の宇宙環境利用を想定し、耐久性や冗長性に優れたアクチュエータを選定して、大型真空チェンバを用いた地上試験によってその基本機能を確認した。
最終年度は、以上の実験を通して判明した特徴的な現象や追加要求を反映し、制御系とハードウェアの改修を行った。打ち上げ時の収納、宇宙空間での展開、および3次元的形態変化の全ての機能を統合したモジュールとして開発し、一連の機能が設計通りの応答を示すことを確認した。また、特に形状制御に関しては3Dデプスセンサによるリアルタイム計測を行い、実験データと数値シミュレーションの合わせ込みによって理論の妥当性を示した。以上の研究により、目的である「波動電波メカニズムの解明」と「形状制御システムの開発」の両者が達成されたことを報告する。
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| Remarks |
受賞：
1. 高尾勇輝, 森治, 渡邊秋人, 武井祥平, 江川主民, 藤井樹里：制御部門マルチシンポジウム賞(基礎分野), 第10回制御部門マルチシンポジウム, 計測自動制御学会，2024年3月
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