Development of an Innovative Measurement Technology and a High-Accuracy Theoretical Estimation Method for Ship Advancing in Waves

• Project/Area Number: 21H01547
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 岩下 英嗣 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (60223393)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: FBG圧力センサー / 非定常圧力 / Added pressure / ランキンパネル法

Outline of Research at the Start

波浪中を航走する船舶の耐航性能に関わる研究において、昨今光センシング技術を用いた新しい圧力場の計測法が着目されて来ている。これは、FBG (Fiber Bragg Gratings)を用いて新規に開発された貼付型圧力センサーを用いて、模型に加工を施すことなく数百点規模の圧力を一挙に計測する方法である。本研究ではこの圧力センサーの更なる計測精度の高度化と計測システム全体の構築を図ると共に、面的に計測された圧力場を用いて、既存の各種理論計算法の推定精度の検証を行うことにより波浪中の船舶の推進性能向上に寄与しようとするものである。

Outline of Annual Research Achievements

波浪中を航走する船舶の耐航性能に関わる研究において、昨今光センシング技術を用いた新しい圧力場の計測法が着目されて来ている。これは、FBG (Fiber Bragg Gratings)を用いて新規に開発された貼付型圧力センサーを用いて、模型に加工を施すことなく数百点規模の圧力を一挙に計測する方法である。本研究はこの圧力センサーの更なる計測精度の高度化と計測システム全体の構築を図ることにより波浪中の船舶の推進性能向上に寄与しようとするものである。
本研究は、①FBG圧力センサーによる波浪中を航走する船舶に作用する非定常圧力の面分布計測データの構築、②簡易結合法に基づく耐航性能の3次元理論推定法に改良を施した新規計算法の開発、③非定常圧力の面分布計測データを用いた既存の理論推定法のベンチマークテスト、の3つの項目に分けて遂行している。
これまでに、まず①に関連して、温度干渉影響を低減できるFBG圧力センサとしてver.7を新たに製作し、模型実験により従来よりもばらつきの小さい計測値を得ることができるようになった。加えて、船側波形の計測法として画像解析を用いた方法を試み、その有効性を確認している。こうして得られた計測圧力データからadded pressure分布を算出し、船首近傍の定常波面の上下領域が抵抗増加において支配的であることを、計測データを用いて世界で初めて確認している。次に②と③に関しては、定常流場の非定常流場への影響を表す通称m-termと呼ばれる項の数値計算精度を、吹き出し分布法を2回用いて計算する方法、およびスプライン数値微分法により大幅に向上できることを確認している。これにより運動の同調点近傍での理論計算と実験結果が非常に良好に一致するようになった。以上で得られた結果は英文雑誌に発表すると共に、計測データも公開して世界中の研究者が使用できるようにしている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An innovative EFD using FBG pressure sensors for ship seakeeping (2024)
  • Author(s): Suzuki Kantaro、Iwashita Hidetsugu、Kashiwagi Masashi、Wakahara Masahito、Iida Takahito、Minoura Munehiko
  • Journal Title: Journal of Marine Science and Technology Volume: - Issue: 2 Pages: 289-314
  • DOI: 10.1007/s00773-024-00986-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature Interference in Improved FBG Pressure Sensor for Towing Tank Test (2023)
  • Author(s): Suzuki, K., Iwashita, H., Kashiwagi, M., Wakahara, M., Iida, T., Minoura M.
  • Journal Title: Journal of Marine Science and Technology Volume: 28 Issue: 2 Pages: 351-369
  • DOI: 10.1007/s00773-023-00925-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 不規則波中ディフラクション問題における船体表面非定常圧力分布の再現 (2023)
  • Author(s): 鈴木寛太郎, 箕浦宗彦, 飯田隆人,岩下英嗣, 花木孝明
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会講演会論文集
• [Presentation] Unsteady Ship-Side Wave Measurement of a Ship Advancing in Waves by Image Analysis, (2023)
  • Author(s): Hiroki Yamazaki, Hidetsugu Iwashita, Keigo Okazaki, Takahiro Tsuchimoto
  • Organizer: Proc. of Workshop on Environmental Technologies in Naval Architecture and Ocean Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prediction of Unsteady Pressure Distribution in IrregularWaves Using Locally Measured Pressure Data and Convolution Integral (2023)
  • Author(s): Kantaro Suzuki, Takahito Iida, Hidetsugu Iwashita, Munehiko Minoura
  • Organizer: ISOPE 2023 Ottawa Conference
• [Presentation] 不規則波中ディフラクション問題における船体表面非定常圧力分布の再現 (2023)
  • Author(s): 鈴木寛太郎, 箕浦宗彦, 飯田隆人, 岩下英嗣, 花木孝明
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会講演会論文集
• [Presentation] 多点計測による船体表面圧力分布を用いた流体力の算出 - 第1 報：線形流体力 - (2022)
  • Author(s): 鈴木寛太郎, 岩下 英嗣, 飯田 隆人, 柏木 正, 若原 正人, 箕浦 宗彦
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会講演会論文集 第35 号
• [Presentation] 多点計測による船体表面圧力分布を用いた流体力の算出 - 第2 報：波浪中抵抗増加 - (2022)
  • Author(s): 鈴木寛太郎, 岩下 英嗣, 飯田 隆人, 柏木 正, 若原 正人, 箕浦 宗彦
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会講演会論文集 第35 号
• [Presentation] Ship-Side Wave Measurement of a Ship Advancing in Waves by High-Speed Cameras (2022)
  • Author(s): Yamazaki, H., Iwashita, H., Aoki, K., Konom Y. Nakatani, S.
  • Organizer: Workshop on Environmental Technologies in Naval Architecture and Ocean Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of Unsteady Pressure Distribution on Ship Hull Surface in Diffraction Problem by Using Pressure Data Measured at One Position (2022)
  • Author(s): Suzuki, K., Iida, T., Iwashita, H., Minoura, M.
  • Organizer: The 32nd International Ocean and Polar Engineering Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FBG圧力センサの温度干渉影響について (2021)
  • Author(s): 鈴木寛太郎, 岩下英嗣, 柏木正, 若原正人, 飯田隆人, 箕浦宗彦
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会令和3年秋季講演