2022 Fiscal Year Research-status Report

自律高空帆走発電の実現のためのカイト飛行制御システムの開発

Research Project

Project/Area Number	22K04288
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	比江島慎二岡山大学, 環境生命科学学域, 教授 (50284526)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords	洋上風力発電 / 高空風力発電 / 空中風力発電 / カイト / 海洋エネルギー / 再生可能エネルギー / 海洋状況把握
Outline of Annual Research Achievements	1)飛行制御法の確立：カイトの空力特性を風洞実験により求め，飛行シミュレータでカイトの飛行性能を検討した．カイトのロール角とロール角速度を制御パラメータとした新たな飛行制御法に基づく解析の結果，飛行可能な組み合わせは非常に限定された範囲であることが分かった．様々な外乱に対して安定飛行させるには，この組み合わせの範囲を広げる必要があることから，８の字飛行の旋回ごとにロール角とロール角速度を修正する制御法を開発した．８の字中心の仰角が目標仰角から乖離した量に応じて，ロール角とロール角速度を修正する手法である．ロール角速度を修正する手法では効果はほとんどなかったものの，ロール角を修正する手法では，飛行可能なロール角とロール角速度の組み合わせの範囲を広げ，飛行を安定化するのに高い効果が得られた． 2)自動飛行装置の構築：1)で確立した飛行制御法に基づく制御ソフトと制御装置を構築した． 3)自動飛行装置の検証：2)で構築した自動飛行装置を用いて，屋外において実際にカイトを８の字飛行させる実証実験を行った．自動飛行装置を軽トラックの荷台に搭載し，軽トラックを走行させることでカイトを飛行させた．短距離走行であるものの８の字飛行させることに成功した．しかし，地上からカイトを射出後，カイトがまっすぐ鉛直方向（仰角方向）に上昇せず，水平方向（方位角方向）に傾いて飛行し，８の字飛行開始高度に達する前に墜落するケースが続出した．そこで，新たに方位角の検出機構を自動飛行装置に追加して，方位角方向への傾きに応じてカイトにロール角を与えるStart-Up制御を開発した．その結果，射出後のカイトの方位角方向への傾きを補正し，カイトが目標仰角に達するようになった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 提案した飛行制御法の特性を飛行シミュレーションで把握し，それに基づく飛行制御ソフトと飛行制御装置を開発・検証するところまで到達した．ソフト・装置の改良と検証を地道に繰り返すことで，想定よりも早く全体システムを構築することができた．
Strategy for Future Research Activity	走行実験の走行距離が短かったため，数回程度の８の字飛行の検証にとどまっている．より広い実験場所を確保して長い走行距離での実験を実施し，８の字飛行の持続性について検証したい．不具合があった場合は，制御ソフト・制御装置の改良と検証を繰り返しながら開発を進める予定である．