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

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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。