2016 Fiscal Year Annual Research Report
Vibration Control of Floating Wind Turbines Utilizing Gyroscopes
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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, 工学研究院, 教授 (50115523)
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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 / 風車ブレード |
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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，実験的に調べた結果，以下の成果を得た．
1. 風車ブレードの回転と波の励振作用により，ブレードの回転数をω，波の励振振動数をΩとすると，(Ω+nω)/2（nは整数）がブレードの固有角振動数に近くなると，ブレードに不安定振動が発生することを理論的に明らかにした．また，それらの不安定振動が実験的に観察された．
次に，風車土台を制振するための補助装置として，２つの振子，および液体容器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．
2. 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．離調度がわずかに負の値となる場合に，振子の漸軟形の非線形復元モーメントに起因して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振幅変調運動が生じ，振子による制振性能は損なわれる．
3. 風車土台を1自由度傾き振動系でモデル化し，波により回転励振を受ける場合，構造物の回転中心から遠ざけて液体容器を設置する方が，構造物の振動はより広い励振振動数範囲で抑制される．しかし，液体容器の設置位置によっては，液体が振動せず，構造物の振動を抑制できない場合がある．実験では，これらの理論解析結果とほぼ一致する実験結果を観察した．
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