大振幅運動する船舶の非線形粘性流体力に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305065
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 池田 良穂 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (10117989)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片山 徹 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (20305650)
• Keywords: 大波高 / 大振幅運動 / 非線形現象 / 漂流速度 / クーリガン・カーペンター数 / 跳躍運動 / 漂流抵抗係数

Research Abstract

昨年度の研究で発見した新しい非線形横揺れ現象の原因を明らかにするための研究を行った。
まず、波から受ける漂流力を3次元特異点分布法で計算し、横漂流力が入射波の周波数の増加と共に急増すること、また同調付近においては横揺れ、上下揺れ運動の大きさに依存することを確かめた。従来の理論では、船体は波の中で運動しながらも平均的な位置は一定として計算されているが、今回のように横漂流が大きく、出会い周期が大幅に変化する場合にあっては、各波周期に対応した計算した漂流力を、出会い周期での値とみなして使うのが合理的と考えられる。
続いて、漂流速度の計測結果を用いて、漂流抵抗係数を求めた。大振幅で動揺する船体の働く漂流力抵抗係数は、従来言われているような定数ではなく、振動運動と定常運動が複合した場合のクーリガン・カーペンター数(Kc数)に強く依存することを明らかにした。特に、波下側に横揺れするときと、波上側に横揺れするときで、船体が受ける相対流速が変化するためKc数が大きく変化するが、波上側に横揺れする場合には剥離がほとんど起こらないKc数域であることを確認した。一方、波下側への横揺れでは大きな剥離が生じるKc数域となり、その剥離渦による圧力変動が横漂流抵抗力を生み出していることを示した。
計算した横漂流力、実験から求めた横漂流抵抗係数、さらに実験から求めた漂流速度と横揺れ振幅の関係を用いて、漂流速度を求める方程式を立て、それを解いた結果、実験において跳躍現象が発生した周波数領域において同方程式が2つの解を持つことを確かめた。このことから、横漂流速度が複数の解をもつことが、本研究で発見した新しい非線形横揺れ現象の原因であることを明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] 黒田貴子, 池田良穂, 片山徹, 重廣律男: "船舶の大振幅運動時の非線形特性に関する研究(第1報)"日本造船学会論文集. 191. 97-103 (2002)
• [Publications] 黒田貴子, 池淵哲朗, 池田良穂: "船舶の大振幅運動時の非線形特性に関する研究(第2報)"日本造船学会論文集. 192. 237-246 (2002)