Cable-restricted underwater vehicle for long-term seafloar observation

まず初めに本年度は，CUVの動作手法の開発に取り組み，CUVがケーブルをほとんど撓ませることなく設定軌道を航行するために必要な遠心力方向の推力を求めた．本観測装置においてケーブルが撓む原因は，ケーブルの自重（または浮力）とCUVがケーブルを移動させることによって発生する流体抗力の2つ力であると考えられる．本研究では，微小区間におけるこの2つの力とケーブルに左右する張力との関係式から，任意の撓み率を維持するために必要な遠心力方向の推力を算出する式を導出した．その遠心力方向の推力の算出式は，ケーブルの撓みの関係式と同様にカテナリー曲線に基づくことが分かった．導出した式の評価を行うため，CUVを用いた長期海底観測装置の試作機を制作し，水槽にて実験を行った．実験の結果，モーションキャプチャで計測したCUVの実際の軌道と以前の研究で得られた数式で算出したCUVの理想軌道とのRMSEは約0.02mであった．この実験の最大ケーブル長は3.0mであるため，導出した式に基づいて推力を発生させたCUVは0.7%以下の撓みで航行していた．次に72時間観測可能なCUVを用いた長期海底観測装置の実証機の開発に取り組んだ．本観測装置においてCUVは，外乱に関係なく遠心方向と接線方向に設定航行速度に応じた推力を常に発生させる必要があるため，スラスタの数や配置が消費電力に大きく影響を及ぼす．そこで本研究は使用予定のスラスタの推力曲線を使った数値シミュレーションにて，効率的なスラスタの数や配置を決定した．また，観測装置に必要なバッテリー容量を算出するため，作成した長期観測装置の試作機を実海域に展開し，CUVが移動に必要な電力を計測した．シミュレーションと実験結果をもとに72時間航行できる実証機の設計を行い，制作まで完了した．

まず初めに本年度は，CUVの動作手法の開発に取り組み，CUVがケーブルをほとんど撓ませることなく設定軌道を航行するために必要な遠心力方向の推力を求めた．本観測装置においてケーブルが撓む原因は，ケーブルの自重（または浮力）とCUVがケーブルを移動させることによって発生する流体抗力の2つ力であると考えられる．本研究では，微小区間におけるこの2つの力とケーブルに左右する張力との関係式から，任意の撓み率を維持するために必要な遠心力方向の推力を算出する式を導出した．その遠心力方向の推力の算出式は，ケーブルの撓みの関係式と同様にカテナリー曲線に基づくことが分かった．導出した式の評価を行うため，CUVを用いた長期海底観測装置の試作機を制作し，水槽にて実験を行った．実験の結果，モーションキャプチャで計測したCUVの実際の軌道と以前の研究で得られた数式で算出したCUVの理想軌道とのRMSEは約0.02mであった．この実験の最大ケーブル長は3.0mであるため，導出した式に基づいて推力を発生させたCUVは0.7%以下の撓みで航行していた．次に72時間観測可能なCUVを用いた長期海底観測装置の実証機の開発に取り組んだ．本観測装置においてCUVは，外乱に関係なく遠心方向と接線方向に設定航行速度に応じた推力を常に発生させる必要があるため，スラスタの数や配置が消費電力に大きく影響を及ぼす．そこで本研究は使用予定のスラスタの推力曲線を使った数値シミュレーションにて，効率的なスラスタの数や配置を決定した．また，観測装置に必要なバッテリー容量を算出するため，作成した長期観測装置の試作機を実海域に展開し，CUVが移動に必要な電力を計測した．シミュレーションと実験結果をもとに72時間航行できる実証機の設計を行い，制作まで完了した．