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A Study on Fluid Characteristics of Wake Field Utilizing Hull Forms and Flow Field Database

Research Project

Project/Area Number 20K04954
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research InstitutionNational Institute of Maritime, Port and Aviation Technology

Principal Investigator

一ノ瀬 康雄  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 (00550021)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷口 智之  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 (20782460)
Project Period (FY) 2022-11-15 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords船型 / 伴流 / 圧力分布 / 機械学習 / データベース / 推進性能 / 船尾振動 / 船型表現 / 数値流体力学 / 船型データベース / 船型学 / 曲面 / 流場
Outline of Research at the Start

船体の形状が誘起する船尾プロペラ周りの流れ場は船舶の省エネ、船体振動および水中騒音に多大な影響がある。しかし、大規模な三次元剥離を伴う船尾流場は非常に複雑で理論的に取り扱うことが非常に困難であるため、船尾流場の設計は現在も熟練者の試行錯誤により実施されている。本研究では船型・流場データベースの構築と機械学習によるデータ分析よりこの課題を解決すること取り組む。具体的には、船体曲面を画像データとして表現する従来よりも格段に自由度の高い曲面表現手法を提案し、これを元にした船型・流場データベースを機械学習で解析することで船尾伴流の特性を明らかにし、船型学の新知見の創出を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は船型・流場データベースの構築とこのデータベースの分析手法を提案し、三次元剥離を伴う複雑な船尾伴流場の流場特性を体系化することを目的としている。
これまで本研究では、 1. 船型自動生成のための新しい船型パラメータ表現(船型座標系:Hull-form Coordinate System)の開発、2.バルクキャリア・コンテナ船・PCCなど幅広い船種を含む広範な船型・流場データベースの構築、3. 船体の複雑な3次元形状を機械学習の1つであるConvolutional Neural Network (CNN)でモデル化するための新しい船型表現手法(IHR: Imaged-based Hull Form Representation)の開発、4. 船尾伴流場をCFDの数万倍以上の高速で推定する機械学習による代理モデル(サロゲートモデル)の開発を行った。その後、本研究実施期間中にノルウェー科学技術大学において本研究とも関連のある船型設計に関する研究開発に取り組む機会を得たため研究を1年間中断した。
帰国後の本年度9月からは、留学で得られた物理モデルと機械学習モデルのハイブリッドモデルに関する知見を活かし、機械学習によるCFD代理モデルの推論対象に船体表面圧力と抵抗値を追加して機械学習モデルの拡張を行なった。また、公開船型であるKVLCC2および数式船型をデータベース追加するとともに、過去に水槽試験で取得した船体表面圧力分布の時系列の統計解析と不確かさ解析を行なった。
なお、2023年6月には本研究の成果の一部である国際雑誌論文”A curved surface representation method for convolutional neural network of wake field prediction"が日本船舶海洋工学会賞(論文賞)を受賞した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ノルウェー科学技術大学での留学で得られた物理モデルと機械学習モデルのハイブリッドモデルに関する知見を活かし、船尾流場現象の解析にこのハイブリッドモデルを活用する新たな着想を得たため。

Strategy for Future Research Activity

来年度は引き続き開発した機械学習モデルの改良をハイブリッドモデルの考え方に基づき実施することとする。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Method involving shape-morphing of multiple hull forms aimed at organizing and visualizing the propulsive performance of optimal ship designs2022

    • Author(s)
      Ichinose Yasuo
    • Journal Title

      Ocean Engineering

      Volume: 263 Pages: 112355-112355

    • DOI

      10.1016/j.oceaneng.2022.112355

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A curved surface representation method for convolutional neural network of wake field prediction2021

    • Author(s)
      Ichinose Yasuo、Taniguchi Tomoyuki
    • Journal Title

      Journal of Marine Science and Technology

      Volume: 27 Issue: 1 Pages: 637-647

    • DOI

      10.1007/s00773-021-00857-3

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 機械学習に基づく船尾流場推定法に関する検討2020

    • Author(s)
      谷口智之、一ノ瀬康雄
    • Organizer
      2020年度人工知能学会全国大会(第34回)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Hull form design support tool based on machine learning2020

    • Author(s)
      Tomoyuki Taniguchi, Yasuo Ichinose
    • Organizer
      19th Conference on Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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