旋回流れを利用した能動型減揺装置に関する研究

• Project/Area Number: 19K04863
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 安藤 孝弘 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (30425756)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 減揺装置 / アンチローリングタンク / ART

Outline of Research at the Start

作業船や浮体式洋上プラントの作業性の向上や稼働効率の向上、ならびに浮体式港湾施設等の需要が増す中、低速運行時や停船時における減揺対策の需要が高まっているが、従来型の減揺装置では効果が限定的であったり装置周辺の損傷が懸念されるなど課題が多い。
本研究では、上記のような低速運行時や停船時の減揺対策が必要な浮体を対象として、特許出願済みであるRoll、Pitchの水平二方向の揺れを能動的に制御可能な新形式減揺タンクの採用を提案し、得られる減揺効果や姿勢安定効果を実験的に明らかにすると共に、更にその性能推定・評価を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

R5年度は、これまでに製作した各種減揺タンク模型（分離タンク式、U字管型（Frahm式）円筒タンク、同矩形タンク）、および旋回流れを発生させる機能を付加したU字管型円筒タンクを、R2年度に製作したベンチテスト専用検定治具に搭載し、粒子法から求めたタンク内液体の固有周期を中心とした10ケースの加振周期と2ケースの加振振幅（±2, 5deg）を組み合わせた試験条件によるベンチテストに供し、発生する減揺モーメントを計測し纏めた。結果として、U字管型の減揺タンクであれば、両舷に配するタンク形状が極めて複雑で液体の出入が阻害されない限り、タンク長さ、タンク容積を同等に設定した場合の減揺モーメントは、両舷に配するタンク形状に依らず同程度であることを確認した。
次にU字管型円筒タンクに旋回流れを発生させる機能を付加し減揺性能を確認した。結果として、加振振幅が小さい場合に限り、減揺性能が低下する長周期側の加振条件において減揺モーメントの改善が見られたことから、この条件下では従来のU字管型減揺タンクに比べ幅広い周波数域において効果的な減揺が期待できる。これは円筒タンク内に旋回流れを発生させた際に生じる円筒タンク内圧力により、強制的にダクトを通じて液体が排出されることに起因しており、旋回流れのON/OFFのタイミングを考慮することで、より効果的な減揺性能が得られる結果を得た。
上記のとおり、U字管型円筒タンクのような従来とは異なる形状の減揺タンク内液体の固有周期の算出に際しては、粒子法（SPH法）を用いたが、タンク模型を用いた自由減衰試験による検証データと比較した結果、粒子間距離をタンク寸法で最も狭小となるダクト部高さの1/25程度と十分に細かくすることで、タンク内液体の固有周期が精度良く求まり、使用した粒子法コードが減揺タンクの有効な設計ツールとして活用可能であることを確認した。