超高速船のウォータージェット推進に伴う振動および損傷に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09651016
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 安澤 幸隆 九州大学, 工学部, 助教授 (10191123)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊田 和隆 九州大学, 工学部, 助手 (10274507) ; 前田 正広 九州大学, 工学部, 助手 (70173713) ; 香川 洸二 九州大学, 工学部, 教授 (00253500)
• Keywords: 超高速船 / ウォータージェット / 振動 / 流力弾性 / 有限要素法 / 境界要素法

Research Abstract

超高速船は、上述のように船体を浮上させるために重量の軽減化が設計上重要であるため、重量最適化が行われ船体構造の剛性は従来船に比べてかなり小さいものとなり板厚は薄くなる。したがって、疲労損傷が発生しやすくなる。ウォータージェット推進器は、船底から水を吸い込み、推進器内部のプロペラによりウォータージェットを発生させ、船尾からそれを吐き出す推進器である。そのウォータージェットによりさまざまな周波数を含む圧力変動が流体に発生し、それが推進器および船体に振動を発生させる。
本研究では、金属の薄板構造のパイプの中を流体が流れているウォータージェット推進器の振動特性を把握することを目的としている。推進器内の構造は、金属製のパイプの中に高速流体が流れており、流体とそのパイプ構造が連成して振動する。高速の流体が接する構造は振動特性が不安定になる可能性もあるので、設計時の振動特性把握は重要である。本研究では、この力学モデルを構築して数値解析手法を開発して、さまざまな検討を行った。
構造部に有限要素法、内部の流体部に境界要素法を用いて、流体構造連成振動解析のための数値解析コードを開発した。数値計算の妥当性を確認するためにタンクを製作して、振動実験を行い、計算値と実験値が非常によく一致することを確認した。その実験および様々な計算によって、流体を通して隣接パネルや、対向パネルが連成し、振動特性が複雑になることを示した。また、高速で流れる流体とその周りの構造パネルとの流体との連成を考える際に速度ポテンシャルの接線方向勾配が解析上必要となるので、そのための高次の境界要素を開発した。

Research Products

• [Publications] 安澤幸隆,香川洸二他: "複数パネルからなる接水タンク構造の数値解析" 西部造船会々報,. 96. 181-192 (1998)
• [Publications] Y.YASUZAWA A, S.Y.Bae,et.al: "Fluid-Structure Coupled Vibration of Thin Walled-Structures" Proc. of the 12th Asian Technical Exchange and Advisary Meeting on Marine Structures. 315-324 (1998)