空気圧を利用した浮体式海洋構造物の動揺低減法に関する研究

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厳しい波浪環境におかれる浮体式海洋構造物の運動性能向上、安全性確保のために、浮体形状の最適化とともに受動的・能動的に動揺を抑制する必要がある。本研究では、小型で着脱可能な空気圧アクチュエータの実現を目標に、制御装置の特性解析及び浮体の動揺解析を行った。本年度の研究実績の概要は以下の通りである。1.アクチュエータの空気流れの挙動解析及び制御効率の検討: 空気圧を有効に制御力に変換するために、まず空気流れの挙動を、圧縮性、空気バネ効果、コンプレッサー、空気室及び送気管を考慮した簡易シミュレーションにより解析した。これにより空気圧、流量の推定が実用精度上可能となり、システムの即応性を空気力学の面から向上させるための条件を明らかにする事ができた。2.空気圧を受ける波浪中浮体に作用する流体力・運動の推定: 2種類の模型実験で、空気圧変動の影響を想定し、エアークッションまたは空気変動を作り出し、空気圧力・運動の計測により実験的に浮体応答の違いを系統的に調べた。また水面下空気室の存在により流体力・波力が変化し、アクチュエータの配置(超大型浮体の場合)が非常に重要であることが分がった。さらに空気圧変動を考慮した理論計算によっても流体力、波強制力および運動応答の変化を確認した。3.任意不規則外力を受ける浮体の運動、弾性応答、制御をした場合の応答も含めて時間領域で計算する数値シミュレーション法を開発した。超大型浮体構造物の弾性応答を視野に入れ、数値計算では固有モード展開に基づく方法を採用した。その結果、浮体剛性の影響や空気アクチュエータの配置、さらに制御方法の違いをパラメトリックに検討する事ができた。また提案制御システムが長波頂不規則波においても一定の制御効果が見られ、制御の最適化をはかることにより更なる動揺低減が可能になることが示唆された。