2017 Fiscal Year Research-status Report
巻き癖・遊び・捻りを考慮したテザーケーブル解析法とROVの運動推定法に関する研究
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16K06903
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 博善 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00252601)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ANC法（ANCF) / テザーケーブル / 巻き癖 / 異方性 / 非線形性 / 捻り / CFD / 流力性能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、ROVに接続されたテザーケーブルの数値解析手法の高度化およびCFDによるROVの機体に働く流体力の推定精度の検討の２つの観点から研究を行ってきた。
まず、テザーケーブルの機械的性質について、長手方向、捻り方向の巻き癖の存在、テザーケーブルの材料的性質に異方性、非線型性の存在が明らかとなった。研究課題の表題に掲げる”遊び”は、このうち非線形性がテザーケーブル挙動に強く発現した場合であることが確認できた。これらの機械的性質を解析可能にするため、解析プログラムを改良した。この結果、ケーブルの捻り、長手方向の巻き癖と異方性を考慮して数値解析を行うことができるようになった。ケーブルの機械的性質ではないが、ROVの吊り点位置でのテザーケーブルの条件（境界条件）に改良を加えた。これらのうち、ケーブルの捻りに関する数値解析精度の妥当性の評価、検討はまだ行っていないので、これはH30年度の課題としたい。
一方、ROVの機体に働く流体力の解析手法に関し、計測値との比較から、計算メッシュ、乱流モデルの観点から検討を行った。この結果、乱流モデルの観点では、RANSベースの方法であれば、Spalart-Allmarasモデルが、機体に掛かる流体力を良好に表現できることがわかった。
以上のように、テザーケーブルの運動に対し、長手方向の巻き癖と、ケーブルの曲げに関する異方性を考慮した場合の検討結果、およびオープンフレーム型の水中探査機にケーブルが接続されている場合のROVの挙動に関する研究成果とオープンフレーム型水中探査機のCFDによる流体力推定について、H30年6月に開催される「海洋と極地工学に関する国際会議（ISOPE）」にて発表の予定である。
なお、テザーケーブルの機械的性質を表現するものではないが、テザーケーブルの伸縮（出し入れ）もプログラム上で表現できるようになっていることも付記しておく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H28年度の成果（テザーケーブルの長手方向の巻き癖と異方性の考慮、境界条件の改良）に加え、H29年度は、テザーケーブルに捻りが発生する場合の計算法を構成することができた。テザーケーブルの運動解析について、さしあたり、残るは、捻りがある場合の計算結果の検証、捻り方向の巻き癖の考慮、ケーブルの非線形性挙動を解析できるようにすることの3点となった。
CFDによるROV機体に作用する流体力の推定法の確立・精度検証について、H28年度、機体が異なるものの、他大学で得られたオープンフレーム型水中探査機に関しての流体力の計測値（回流水槽での計測：機体の静止時、強制動揺時を含む）とCFDで得られる流体力（機体の静止時、ヒーブの強制動揺時を含む）の比較・検討を実施したことに立脚し、H29年度は、さらなる高精度化に挑んだ。この結果、計測値には回流水槽の側壁影響（制限水路影響）による誤差が含まれていることまで推定でき、この意味で、流体力の推定はほぼ可能であるとの結論に至った。流体力微係数の推定にも、今回確立した手法で、推定可能であろうと考えられる。さらにLES、DESなどのさらに高精度の流れ推定法の適用による精度検証は必要であると考えられるが、これは、さらに進んだ研究となる。
以上のように、計画から若干遅れている部分や、先んじている部分もあるため、平均的には、おおむね順調に研究が進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度は、最終年度につき、テザーケーブルの運動については、捻り方向、長手方向の巻き癖を考慮し、テザーケーブルの捻り、曲がりの異方性、非線形性を考慮に入れたANCFプログラムの構築、計算精度の検証を行いたい。さらに、ケーブルドラムを再現し、これを用いたテザーケーブルの繰り出し巻き込みによるROVの運動、あるいは、小型のROVでの運用でよく行われるような、8の字に巻いたケーブルからの繰り出しなどのシミュレーションも行いたい。
機体周りのCFDについては、一定の成果が得られているが、数値的な強制動揺試験を十分に行い、流体力の推定精度のさらなる検証を行いたい。乱流モデルとしてLESやDESを適用したときに、現状と何が変わるか、変わらないのかを確認したい。これに加え、以前にも記述したように、機体形状モデルの数値データの簡略化等に取り組み、どの程度までのディテールの省略がどの程度まで計算結果に影響するのかを調査し、ROV（オープンフレーム型水中探査機）のCFD計算のためのガイドラインを作成したい。
その後、テザーケーブルの運動推定法およびROVの機体運動推定法を組み合わせ、運動推定法を構築する。これを基に、ROV操作訓練用シミュレータの構築、これのROVメーカーへの供給を図っていきたい。
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| Causes of Carryover |
H29年度も、人件費の使用ができなかったため、次年度使用額が発生した。
研究の過程で、高速計算機が予想より必要であること、捻りの計算精度検証のための実験が必要であることなど、物品費が予定より多くなると思われる。
このプロジェクトもあと1年となっており、新たにアルバイト等を雇用することが難しいこと、および、上記の理由で、他の有効な使途に振り替えたいと考えている。
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