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

实现自主高空航行发电的风筝飞行控制系统开发

• 批准号: 22K04288
• 负责人: 比江島 慎二
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04288/
• 关键词: 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

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．

1）飞行控制方法的建立：通过风洞实验确定风筝的气动特性，并利用飞行模拟器检验风筝的飞行性能。基于以风筝的滚转角和滚转角速度为控制参数的新的飞行控制方法进行分析，发现可能的飞行组合范围非常有限。为了实现各种扰动下的稳定飞行，需要扩大这些组合的范围，因此我们开发了一种控制方法，对8字形飞行中每个转弯的滚转角和滚转角速度进行校正。该方法根据图8中心处的仰角偏离目标仰角的量来校正横滚角和横滚角速度。虽然修正滚转角速度的方法收效甚微，但修正滚转角的方法扩大了滚转角和滚转角速度的可能组合范围，对于稳定飞行非常有效。 2）自动飞行装置的构建：基于1）中建立的飞行控制方法构建控制软件和控制装置。 3）自动飞行装置的验证：利用2）中构建的自动飞行装置，我们进行了风筝在室外以“8”字形实际放飞的演示实验。自动飞行装置安装在轻型卡车的车床上，通过驾驶轻型卡车来放风筝。虽然是短距离飞行，但我们还是成功地进行了八字形飞行。然而，从地面发射风筝后，有时风筝不会垂直上升（仰角方向），而是水平倾斜（方位方向）飞行，并在到达8字形飞行起始高度之前坠毁。发生了一件又一件的事情。因此，我们在自动飞行装置中添加了新的方位角检测机构，并开发了Start-Up控件，根据方位角方向的倾斜给风筝一个滚动角。结果，校正了发射后风筝在方位角方向的倾斜，使风筝达到了目标仰角。

项目成果

EFFICIENT ESTIMATION OF ENERGY HARVESTING PERFORMANCE IN PENDULUM-BASED GALLOPING ENERGY HARVESTER

摆式奔腾能量收集器能量收集性能的有效估计

• DOI: 10.14887/windengresearch.27.0_237
• 发表时间: 2022
• 作者: 比江島慎二;三木弟梧
• 通讯作者: 三木弟梧

Hydro-VENUSを利用した次世代洋上風力発電／河川防災IoTシステム

使用Hydro-VENUS的下一代海上风力发电/河流防灾物联网系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 比江島慎二