2014 Fiscal Year Annual Research Report

無方向性を有する海洋観測用水中グライダーの運動制御と実海域試験

Research Project

Project/Area Number	26289335
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	中村昌彦九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40155859)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	清水健一長崎大学, その他の研究科, 准教授 (20533946) 梶原宏之九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30114862) 小寺山亘九州大学, 応用力学研究所, 名誉教授 (80038562)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	円盤型水中グライダー / 運動制御 / 模型実験 / 実海域試験
Outline of Annual Research Achievements	地球規模における環境変化の予測、環境保全に関する研究を行うためには地球環境に大きな影響を及ぼすと考えられる海域の時間的・空間的な観測データを低コストで取得する必要があり、水中グライダーの使用が考えられる。水中グライダーは定海域に留まらなければならず、あらゆる方向に旋回することなく滑空可能な無方向性を有する機体形状が望ましい。ところが無方向性ゆえに機体の回転に対する抗力が非常に小さく、正確な針路を維持するためには運動制御に特別な工夫が必要となる。そこで、本研究では、機体の運動制御方法について研究を行い、無方向性を有する水中グライダーによる良好な定点観測を実現する。26年度は研究計画に基づき、（１）重心移動装置駆動に起因する反動トルクを考慮した運動シミュレーターの構築、（２）円盤型水中グライダー模型用制御装置の製作、（３）機体の回転に対する抗力増大装置の検討、（４）実機の運動計測データによるシミュレーターの精度向上を行った。（１）では反動トルクを考慮した運動シミュレーションを行い、重心移動装置の重錘移動速度が比較的遅いため反動トルクの影響はさほど大きくないことがわかった。（２）では水中での電波によるデータ通信の信頼性向上を予備実験により検討し、水中グライダー模型用制御装置を製作した。（３）では色々な形状の抗力増大装置を考案し、模型に取り付け性能を確認した。また、CFDによる流体力計算のため、３Dキャドデータの製作に取り掛かった。（４）では実機を用いた実海域実験を実施し、実機の運動特性を計測した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初計画では模型に関しては制御装置を作製するだけであったが、作製した装置を使用してPID制御による針路制御水槽試験を実施することができた。また、考案した抗力増大装置を模型に取り付け効果を検証する水槽試験を実施することができ、３Dキャドデータの製作に取り掛かることができた。さらに抗力増大装置を実機に取り付けその性能を2015年3月に実施した2度目の実海域試験で検証することができた。以上により研究は当初の計画以上に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	27年度は26年度に模型実験を行ったPIDコントローラーを実機に実装し、実海域試験により性能を検証する計画である。また、前年度の研究が計画以上に進展したため、PID制御より高度な運動制御系を設計し、28年度の実機への実装に向け、模型試験を実施する計画である。高度な制御系を実機に実装するためには実機のCPU能力を改善する必要があるため、この点についても検討を行う。さらに、26年度に作成した３Dキャドデータを使用して、グライダーに働く流体力をCFDにより計算し、運動シミュレーションを行うことにより抗力増大装置の形状の最適化を目指す。
Causes of Carryover	海洋工学研究所から物品購入決済時に0.08%安い購入実績があることが分かり、その実績に基づき物品を購入する必要があり、急遽海洋工学研究所に価格交渉を行い、20160円の値引きをしていただいたため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	次年度に実海域試験用の消耗品購入に使用