間隙旋回流れによる回転弾性ディスク不安定振動の安定化制御に関する研究

间隙旋流旋转弹性盘不稳定振动稳定控制研究

• 批准号: 09750273
• 负责人: 渡辺 昌宏
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University (1998)Tokyo University of Science (1997)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750273/
• 关键词: 間隙旋回流れ; 回転ディスク; 流体関連振動; 不安定振動; 安定化制御; PD制御; 波動モード; モーダル減衰比; モーダル減衰化

本研究は、回転弾性ディスクとその周りを高速で旋回する間隙旋回流れとが連成して発生する流れ励起不安定振動の安定化制御に関して、本補助により、以下の成果を得た。(1) 流れ励起不安定振動の物理モデルの構築、及び安定性解析手法の構築:回転弾性ディスクと間隙旋回流れが連成して発生する流れ励起不安定振動に関して、回転弾性ディスクの面外振動を薄板のKirchhoff-Loveの近似に基づいてモデル化し、流体力をディスク周りの間隙旋回流れをNavire-Stokes方程式を隙間流れ近似することにより、回転弾性ディスクと間隙旋回流れが連成した物理モデルを構築した。また、この式に基づき、ディスク平衡位置周りでディスクが面外方向に微小振動した場合の安定性解析を、ガラーキン法と動的安定判別法を用いて解析計算する解析計算手法を構築した。(2) 安定化制御モデルの構築:(1)の結果を基に、回転弾性ディスクとその周りを旋回する間隙旋回流れとが連成した系を対象に回転弾性ディスクに発生する不安定振動の状態量(弾性ディスク表面の振動変位、速度)を観測し、ディスク表面にフィードバック出力として力を入力する制御系の物理モデルを構築した。そして、物理モデルを基に、不安定振動の安定化に効果のあるアクチュエータの位置と数、及びフィードバックゲインを計算により明らかにした。さらに、その安定化制御の制振特性を明らかにした。(3) 安定化制御の実験による検証:(2)で得た計算結果を基に、不安定振動の安定化制御のための実験装置を本補助により構築し、安定化制御の検証を行った。その結果、解析結果は実験結果と定性的に一致し、制御力によりディスクに減衰を付加する事が流れ励起不安定振動の安定化に有効である結果を得た。また、剛性を付加することで、不安定となる臨界回転数を上昇させ安定領域を広げることが出来ることを示した。

This study is related to the stability control of unstable vibration caused by high speed rotation of cyclic flow. (1)Construction of physical model of unsteady vibration induced by flow, and construction of stability analysis method: physical model of unsteady vibration induced by flow, out-of-plane vibration induced by flow, Kirchhoff-Love approximation of thin plate, basic model of fluid force, gap rotation, Navire-Stokes equation, physical model of flow induced by gap rotation. The analytical calculation method for stability analysis and dynamic stability determination in the case of out-of-plane micro-vibration is constructed. (2)Construction of stability control system:(1) Construction of physical control system based on measurement and force input of vibration state quantity (vibration position and velocity of vibration surface) of vibration system. The number of positions and the number of calculations for the stabilization of unsteady vibrations are calculated. The stability control and vibration control characteristics of the system are clearly defined. (3)(2) Based on the calculation results, the stabilization control of unstable vibration is performed. The results of the analysis are consistent with the qualitative results, and the control force is reduced. The rigidity of the system increases, the instability of the system increases, and the stability of the system increases.

项目成果

吉田雅巳、渡辺昌宏、原文雄: "間隙旋回流れによる回転弾性ディスク不安定振動の安定化制御" 日本機械学会第74期通常総会講演論文集. Vol.I. 438-439 (1997)

吉田雅美、渡边雅弘、原文雄：“间隙涡流对旋转弹性盘不稳定振动的稳定控制”日本机械工程学会第 74 届常会会议记录第 438-439 卷（1997 年）。

M.Watanabe,M.Yoshida and F.Hara: "Active Suppression of Unstable Vibrations of a Rotating Flexible Disk in a Confined Fluid" Proc.of Asia-Pacific Vibration Conf.'97. Vol.II. 772-777 (1997)

M.Watanabe、M.Yoshida 和 F.Hara：“受限流体中旋转软盘不稳定振动的主动抑制”Proc.of Asia-Pacific Vibration Conf.97。

M.Watanabe, M.Yoshida, and F.Hara: "Active Suppression of Unstable Vibrations of a Rotating Flexible Disk in a Confined Fluid" Proc.of Asia-Pacific Vibration Conf.'97. Vol.II. 772-777 (1997)

M.Watanabe、M.Yoshida 和 F.Hara：“受限流体中旋转软盘不稳定振动的主动抑制”Proc.of Asia-Pacific Vibration Conf.97。