2013 Fiscal Year Research-status Report
ジャイロを利用した浮体式洋上発電風車の制振に関する研究
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25420187
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
池田 隆 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50115523)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / ジャイロスコープ / 浮体式洋上発電風車 / 制振 / 回転体の振動 |
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| Research Abstract |
本研究では，波浪による浮体式洋上風力発電風車の振動を抑えるため，ジャイロスコープ（以下，ジャイロと呼ぶ）を利用し，その制振性能について調べた．まず，ジャイロを浮体の水平軸回りに回転するように設置したモデルを考える．直方体の浮体が鉛直方向と傾き方向に波による正弦励振を受ける場合，主に浮体のローリング方向に対するジャイロの制振性能を検討する．このモデルの運動方程式を導き，ジャイロの回転速度に対する系の固有振動数を求めた．次に，van der Polの方法を用いて共振曲線を解析的に求め，スイープ励振を用いた数値シミュレーション結果と比較することにより，ジャイロの回転速度，ジャイロの質量，ジャイロの形状よる影響，およびジャイロの重心と浮体構造物の重心間の距離の影響を調べ，ジャイロによる浮体構造物の制振効果について検討した結果，次の成果を得た．
1. 浮体のローリングに対する固有振動数は，ジャイロ作用を受け，ジャイロの回転速度の増加とともに，増減する．一方，浮体のヒービングとヨーイングに対する固有振動数は，ジャイロの回転速度に依存せず，一定である．
2. ジャイロの回転により，浮体のローリングとヨーイングに対する共振曲線には二つのピークが現れる．ジャイロの回転数が高くなるにつれて，共振曲線における浮体のローリングとヨーイングの振幅のピークが波浪の高周波側に移るため，共振曲線の右側のピークの大きさが低減される．
3. 浮体のローリングに対するジャイロの制振効果を十分に得るには，ジャイロの質量を系全体の10%程度にする必要がある．
4. 極慣性モーメントが大きいほど，共振曲線の右側のピーク位置はより高周波側へ移動し，ローリングのピークの大きさも低減される．また， 浮体の重心とジャイロの重心との距離が遠いほど，共振曲線の右側のピーク位置は低周波側へ移動し，ピークを低減することができる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
浮体式洋上風車のモデリングについて，ジャイロを内蔵しない場合のモデリング，およびジャイロが内蔵された浮体のモデリングは完成し，それぞれのモデルにおいて数値計算によって波による励振を受ける場合の応答計算を行い，概ね計画通りに進展している．実験装置については，風車装置の製作は完成したが，浮体を浮かべる水槽の製作に手間取り，実験によるジャイロの制振性能の検証が遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
浮体を浮かべる水槽を早急に製作するとともに，加振機ヘッドからじゃま板を介して波の発生装置を製作する．ただし，数値計算により浮体式洋上風車の応答，およびジャイロの制振性能を継続して調べるため，本質的な研究計画の変更はない．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
浮体の運動は６自由度であり，振動数が比較的高いため，当初購入を予定していた計測装置（８チャンネル小型無線モーションレコーダ, MicroStone社，MVP-RF8-BC）では浮体の計測が精度的に劣ることが判明した．
従って使用計画を変更し，計測性能・精度の高いセンサー（追坂電子機器，LP-WS0943）を購入する予定である．
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