2015 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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| 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 – 2017-03-31
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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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| Outline of Annual Research Achievements |
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，その制振性能を調べることを目的とする．風車土台を制振するための補助装置として，２つの振子による制振性能を理論的に調べた結果，以下の成果を得た．
1. 風車土台をモデル化した2自由度系の固有角振動数pa , pbに対して，2つの振子の固有角振動数p1, p2を，それぞれ独立に同調条件pa≒2p1およびpb≒2p2が満たされるように設定すると，振子のオートパラメトリック共振により，風車土台の鉛直運動と傾き運動の共振を同時に抑制できる．
2. 振子の漸軟形の非線形復元モーメントに起因して，離調度がわずかに負の値となる場合に，最適な同調条件が得られ，風車土台の振幅が低減される．しかし，離調度が大きくなると，共振曲線の分枝上にホップ分岐が起こり，そのホップ分岐点の間の不安定な分枝上では，振幅変調運動が生じる．振幅変調運動の様式には，同じ包絡線が規則的に繰り返されるもの，および包絡線がカオス的に変化するものがある．したがって，離調度が比較的大きい場合には，振子による制振性能は損なわれる．
次に，風車土台が波浪による鉛直励振を受ける場合，回転するブレードに発生する振動について理論的に調べた結果，以下の成果を得た．
3. 風車ブレードの回転と波の励振作用により，風車ブレードには各種の振動数成分を含む不安定振動が発生する．ブレードの回転数をω，波の励振振動数をΩとすると，ブレードの固有角振動数pが(Ω+nω)/2（nは整数）に等しい場合，ブレードの不安定振動が発生する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been 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っている．ジャイロを内蔵しないモデルに対する数値計算において，波による上下励振を受けるブレードに予想していなかった振動が発生することが判明し，その振動を明らかにすることに手間取った．また，ジャイロの補助的制振装置として2つの振子を風車土台に取り付けることを考えつき，風車土台の振動に対する振子の制振性能を検証することに時間を費やした．実験装置については，水平型ジャイロおよび水槽の製作は完成したが，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 |
水平型ジャイロの最高回転数を現在の2,000rpmから10,000rpm程度となるように装置を改良する計画である．また，鉛直型ジャイロを製作する．理論解析により風車ブレードに不安定振動が発生することが明らかになったが，この不安定振動を実験的に観測するため，実験装置を製作する計画である．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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| Causes of Carryover |
当初予定していた風車用電動機を未だ購入していない．また，昨年度に予定していた成果報告のための外国旅費を使用しなかったため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
風車用電動機の購入，鉛直型ジャイロの製作，および水平型ジャイロの改良に次年度使用額を充てる計画である．
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