パラメトリック励振を用いた自己給電可能なアクティブ型動吸振器の基礎的開発

• 研究課題/領域番号: 20K04950
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24020:船舶海洋工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 谷口 智之 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (20782460)
• 研究分担者: 藤本 修平 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80586686) ; 市川 泰久 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (20586680)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: オートパラメトリック励振 / 振動制御 / 自励振動 / 安定判別 / 振動発電 / 動吸振器 / パラメトリック励振 / 複素モード解析

研究開始時の研究の概要

自励振動を用いた自己給電可能なアクティブ型動吸振器の開発を行う．自励振動とは周囲のエネルギーを振動エネルギーに変換し，発生・成長する振動であり，自励振動を用いた装置が制振対象の代わりに振動することによって，効率的に振動を低減化させる．発電と自励振動に関わるエネルギー的な収支関係を明らかにし，それに基づく効率的な振動抑制の制御方法を確立する．また，実験と数値計算の両面から検証を行う．

研究成果の概要

船内振動に対する国際規格の改正や騒音規制の導入など効果的な振動・騒音の低減が求められる中，建造後に対策可能な動吸振器による制振装置が研究されている．中でも周囲のエネルギーを振動エネルギーに変換し，発生・成長する自励振動を用いた装置は効率的な制振が可能であり，振動発電にも利用される．本研究では，その振動発電による自己給電を電源とすることで外部電力を不要にし，アクティブ制御によって効果範囲を広げた自励振動による動吸振器を研究対象とした．理論解析により制御と励振のエネルギーが発電の散逸エネルギーを超えれば実現できることを明らかにし，実験的にも確認を行った．

研究成果の学術的意義や社会的意義

建造前に高精度な振動・騒音予測を行うことは難しいのが現状であり，建造後に対応可能な制振装置があれば，引き渡し拒否といった最悪の事態を免れることができる．一方，自励振動による動吸振器は，制振効果が表れる周波数範囲が狭く，ロバスト性には課題がある．また，動吸振器を制御することで低減効果のある周波数範囲を広げるアクティブ型動吸振器があるが，外部電源が必要となるなど運用コストの負担が増加する．本研究は，自励振動による抑制効果と振動発電のそれぞれの特長を活かして，振動発電を電源としたアクティブ制御を導入することにより，広範囲かつ効果的に制振を行う自己給電型制振装置である．