H2Aロケットは日本独自技術（純国産ロケット）です．左の写真はLE-7メインエンジンです．ロケットの中で唯一動く機械がエンジンのターボポンプです．右の写真はLE-7液体酸素用ターボポンプ（OTP）です。LE-7用ターボポンプは，液体水素や液体酸素を毎秒数百リットル供給する，世界でも「最大級」のロケット用ポンプです．現在は，次世代のH3ロケットの開発も始まっています．ロケットのターボポンプは構造と流体，熱（極低温部と高温部が存在）が複雑に絡み合うマルチフィジックス系です．そのモデル化と振動解析は従来は難しいものでした．本研究室ではその高精度なモデル化とダイナミクス解析コードの開発を目指しています． 

宇宙用ロケットにおいては軽量化が重要です．ロケット用ターボポンプは，高速化によって小型化・軽量化が図られています．そのため，H-IIA/Bロケットの液体水素ターボポンプは，常用回転速度が3次曲げモードの危険速度を越えています．そのため，その開発過程では種々の克服すべき軸系振動の問題が起きました．その中でもインデューサ部で発生した旋回キャビテーション現象は大きな問題となりました．当研究室では，ターボポンプ開発を援用する軸振動解析コードの開発を目指しています．本研究では，インデューサ翼間流路モデルを用い，インデューサ部の流体のダイナミクスを解きました．そして，旋回キャビテーション現象の観察を行いました． 

ロケットエンジンに用いられるターボポンプは吐出圧力が高く軸方向に発生する荷重を軸受のみで支持することができません．そのため，バランスピストン(BP)と呼ばれる機構を用いて軸スラストを自律調整します．BPはインペラ背部に搭載されており，ポンプ内部を循環する流れを利用した“流体ばね”のようなものです．静的には安定(正の復元力が作用)な特性を持ちますが，作動流体の圧縮性により動的に不安定(減衰力の作用が速度と同方向)となり自励振動を起こす場合があります．そのため，信頼性の高いターボポンプ設計のために，静特性だけでなく動特性ついても十分に評価する必要があります．本研究では，シミュレーションと実験の両面からBPの動特性の解明を行っています． 

磁気浮上技術は非接触での物体保持力という特徴から近年実用化が進められています．磁気浮上技術を軸受に応用した磁気軸受は，その優れた特徴からかつては“夢の軸受”とも呼ばれ，これまで性能向上に関する多くの研究が行われてきました．また，磁気軸受には上記の軸受としての機能の他に，アクチュエータとしての機能も期待されています．一方，回転機械の不安定振動の発生要因としてロータダイナミック(RD)流体力が挙げられます．RD流体力に関しての研究は多く存在するものの，その殆どはロータがステータと同心円軌道で振れ回る場合に限られています．しかし実際の回転機械では静的偏心がある場合や，振れまわり軌道が楕円になる場合が考えられ，そのような際のRD流体力の特性を計測するための技術が求められています．本研究では磁気軸受のアクチュエータとしての機能を応用した任意形状の振れ回り軌道におけるRD流体力の計測を目指し，高精度な回転軸の軌道追従が可能な制御系設計および実験による有効性の検証を行っています． 

ターボチャージャーは排気を利用してエンジンに高圧の空気を供給することで，エンジンの出力向上や高効率化を図る，主に自動車に用いられている装置です．このターボチャージャーの軸は，毎分20万回転という非常に高速で回転しているため，一般にすべり軸受によって支持されています．しかしながら，すべり軸受で発生する油膜力が原因となって，自励振動が発生してしまう問題があります．ターボチャージャーで激しい振動が発生すると騒音や不快感，さらには故障の原因となってしまうため，油膜力及び軸振動の詳細な解析により自励振動発生のメカニズムを明らかにすることが強く求められています．本研究では，一般的にターボチャージャーに用いられているセミフロート軸受とフルフロート軸受の2種類の単純化モデルを作成し，シミュレーションを実施しました．そして，解析結果を比較することで，従来明確にされてこなかった，セミフロート軸受とフルフロート軸受それぞれの特徴の違いを調査しました．今後は構築した解析コードを用いて，自励振動発生のメカニズムの解明および制振手法の提案を行うことを目指しています． 

本研究室では，任意の形状の回転軸・ディスク系が玉軸受（ばねダンパモデル），すべり軸受（レイノルズ方程式の有限幅モデル）で支持されている場合の固有値解析，周波数応答解析，静たわみを解析する汎用ソフトウェアを開発している．複数部品の組み立ても表現でき，RD流体力（MCKモデル）の組み込みも可能です．曲げ振動に加えて，ねじり振動の解析へ拡張を行っています．

糸の加工工程高速化のニーズは近年益々大きくなっており，高速化に向けた機械の開発が求められています．従来の糸加工工程の高速化は，実験や空気の数値流体解析から糸の挙動の概要を間接的に推測し，部品改良を行ってきました．しかし，最近ではその方法は限界に達しつつあります．それは糸と部品間の相互作用が強くなり，糸の品質を保つことが困難になってきているためです．そのため，糸の挙動や力学特性を詳細に把握して，工程の高速化と糸の品質を直接関連付ける手法の確立が強く望まれています．特に“解舒：かいじょ”と呼ばれるボビンから糸を解く工程は糸の品質に大きく影響します．本研究では，糸をマルチボディダイナミクスの考えに基づいてモデル化し，解舒時の運動のシミュレーションを行うことで糸の力学特性を明らかにすることを目的としています． 

ターボ機械要素の1つに“シール”と呼ばれる流体漏れを抑制するための機械要素があります．シール部に作用するロータダイナミック(RD)流体力は，近年高速・高圧化が進むターボ機械の軸振動問題の要因の1つとして挙げられます．バルクフロー理論はRD流体力の解析手法であり，従来より回転機械の設計にも多用されてきました．最近では数値流体解析(CFD)の発達により高精度な解析が可能となり，設計の現場で用いられることも多くなっています．しかしCFDには，計算コストが大きい，メッシュ生成の制限などにより複雑な振れ回り軌道を対象とすることが困難である，などの難点も依然としてあります．そこで本研究ではバルクフロー理論に再度着目し，解析範囲の拡張や新たな考え方の構築による汎用性の向上を目指しています．これまでに，より実機の運転条件に沿った大振幅や静的偏心を有する場合の動特性解析を達成しました． 

ジャーナル軸受は軸と軸受の間に存在する油膜の反力で回転軸を支持する軸受です．油膜の潤滑作用により非接触で軸を支持するため減衰特性，耐衝撃性，耐摩耗性に優れ，蒸気タービンやターボチャージャーロータなど様々な回転機械で用いられています．従来，ジャーナル軸受の油膜反力は線形モデルで表現され，軸振動解析に用いられてきました．しかし，安定域で回転しているロータが小さな衝撃により大振幅振動を引き起こす現象が報告されています．この現象はジャーナル軸受の油膜反力が持つ非線形性に起因して発生する分岐によるものであり，このメカニズムを解明し，その分岐特性も設計に考慮することは回転機械の安全性を検討・改善するうえでは非常に重要です．本研究では，有限幅ジャーナル軸受・弾性ロータ系の分岐現象に着目した非線形解析を行いました．そして，系のパラメータが分岐特性に及ぼす影響を明らかにしました．  

近年のターボ機械に求められる気体の圧力比の仕様は，より高性能である製品設計を実現するために高くなっています．圧力比の増大させるためには，ロータを高速に回転させる必要がありますが，ロータの高速回転に伴い，様々な振動が発生し，安定な回転動作に悪影響を与える可能性があります．その一つにジャーナル軸受を用いたロータ系においては，軸受内部の温度不均衡によって振動が発生するモートン効果と呼ばれる現象が挙げられます．本研究室では，モートン効果による振動現象を実験的に検証するため，モートン効果による振動現象を再現可能な実験装置を開発しました．本実験装置では，剛体ロータをジャーナル軸受で支持しており，回転中のロータの位置と軸受部の温度を非接触型センサで測定することで，モートン効果に起因して生じる振動現象を再現できます．そして，実験結果を元に，モートン効果に起因する振動現象を解析できるモデルを作成し，ジャーナル軸受を用いた各種ロータ系の設計への援用を目指して研究を行っています．

従来のロボット眼球は複数のモータとリンクを組み合わせた機構で構成されています。しかし，人の眼球と同じサイズで同等の運動性能を有するロボット眼球の実現のためには多自由度駆動機構の簡素化と小球体積内への集約が課題となります。

そこで，1台で多自由度駆動可能な多自由度アクチュエータに着目し，ロボット眼球のための新しいアクチュエータを提案しました。簡単な制御装置で駆動可能であるだけでなく，人の最大角加速度以上の動作が可能であることを確認しています。

　従来の多自由度アクチュエータは1台で多自由度運動を生成可能な一方で，コイル数や駆動回路の最小化に課題が残されていました。そこで，4個の磁石と4コイルを3次元的に配置し，それぞれで発生する電磁力を合成することで3自由度回転を実現するアクチュエータを提案しています。4コイルを中性点で繋ぎ，4相ハーフブリッジにより駆動することで駆動回路の簡素化も可能です。

　メタバースの触覚をはじめとして携帯可能な小型力覚提示デバイスが注目されています。従来のアクチュエータを用いて様々な方向に力を提示するためには，複数のアクチュエータを組み合わせる必要があります。そのため，サイズの大型化・重量の増加，振動中心のずれが課題となり，機構の簡素化と集約が必要でした。そこで1台で空間上の任意方向に力覚提示可能な新しいアクチュエータを提案しています。

　人と同じ空間で動作する協働ロボットのアクチュエータには，作業時の高出力だけでなく，人との予期しない接触時の柔軟性が求められます。

　そこで磁力により非接触で回転直動変換を実現する送りねじである磁気ねじに着目し，円弧形状磁石を用いた最小構成の新しい磁気ねじを提案しました。また，センサレス力制御手法，可変剛性化，磁気浮上による完全非接触化を提案しています。

自動車のエンジンでは，その駆動トルクが変動するため，駆動軸にねじり振動が発生します．近年，ダウンサイジングターボなどの少気筒化されたエンジンにおいては，変動トルクによる振動・騒音問題がより顕著になってきています．こうしたねじり振動を抑制する方法の一つとして遠心振り子式動吸振器（CPVA）が注目されています．動吸振器とは，制振対象にばねを介して質量を取り付けることで，共振現象を抑制する装置であり，このCPVAはトルクコンバータに振子を取り付けることにより動吸振器として機能します．CPVAの研究は古くから行われており，CPVAの有効性は実証されています．しかし，実験結果と理論モデルの間には依然として差異が存在しており，CPVAの動的特性および制振効果を説明する理論モデルが求められています．本研究では，多自由度回転軸系に発生するねじり振動の理論モデルを構築しました．そして数値解析と実験的検証を行い，遠心振り子のパラメータと制振効果の関係を明らかにしました． 

液体水素等の極低温環境においては，従来の制振材料となる油やゴムが使用できません。そのため，摩擦を利用したダンパが活用されていますが，摩耗するため寿命に課題があります。

そこで，渦電流による減衰力を利用した極低温用渦電流ダンパを開発しています。空間の様々な方向へ制振性能が最大化するような構造を目指し，電磁場解析をもとに様々な条件下での性能を評価しています。

磁気軸受をアクチュエータとしたアクティブな振動診断法を提案しています．クラックを有するロータ系の有限要素モデルの構築を行い，その解析手法を検討してきました．そして，その解析結果を用い，高精度なクラック検出の実現を目指しています．また，軸受の支持剛性に方向差がある場合について，周波数伝達関数の構築も行っています．さらには，亀裂の進展の度合いや位置・深さを推定する診断手法の開発を目指して研究を進めていきます．