2016 Fiscal Year Research-status Report
運用中の船舶の改修による空力特性改善のための効率的な風洞実験手法の構築
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16K06917
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
向瀬 紀一郎 富山高等専門学校, 商船学科, 准教授 (60408721)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 船舶工学 / 三次元再構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本経済を支える海上輸送のエネルギー効率を向上させること，また荒天時の船舶の安全性を向上させることを目的とし，船舶の空力特性の研究に取り組んでいる。その研究のための風洞実験や数値流体シミュレーションにおいて必要となる，運用中の船舶の上部構造物の精密な３次元形状データを，小型無人航空機（ドローン）の援用および３次元再構成技術の応用によって，低コストかつ短期間で制作する手法の構築を図っている。この手法による３次元モデリングと風洞実験や数値流体シミュレーションを効率的に繰り返し，竣工後の船舶の空力特性を小規模な改修によって効果的に改善する手段を探索し，造船業の新しいビジネスのシーズとして提案していくことを目指している。
富山高専の運用している練習船「若潮丸」（全長53.59m，幅10m）の周囲の海上で，デジタルカメラを搭載した小型無人航空機（４ローター式マルチコプター型）を飛行させ，さまざまな視点から多くの写真を撮影し，一連の画像データを収集した。この一連の画像データには，練習船の甲板上の機器や上部構造物の像が，さまざまな方位から，さまざまな仰角から，さまざまな距離から捉えられている。
撮影した一連の画像データをコンピュータで解析し，３次元再構成技術によって，甲板上の機器や上部構造物の立体形状をコンピュータ内に再現した。３次元再構成技術とは，複数の２次元画像の中から共通の特徴点を抽出し照合することによって，３次元空間におけるその特徴点の座標を計算する技術である。この計算をコンピュータによって大規模に処理し，被写体の立体形状を高密度な特徴点の集合によって再現する３次元点群データを，生成することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究代表者は平成２８年４月より，弓削商船高等専門学校から富山高等専門学校へ異動した。当初の予定では弓削商船高等専門学校の練習船「弓削丸」を対象として研究を行う計画であったが，現在，富山高等専門学校の練習船「若潮丸」を対象として研究を進めている。小型無人航空機による画像データの収集と三次元再構成は順調に進んでおり，練習船「若潮丸」の三次元形状を点群データによって再現することに成功している。しかし，富山高等専門学校の商船学科の風洞実験装置は利用できない状態であったため，現在，その整備に取り組んでいる段階であり，まだ風洞実験の実施には至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は平成２８年４月より，弓削商船高等専門学校から富山高等専門学校へ異動した。富山高等専門学校の商船学科の風洞実験装置は利用できない状態であったため，平成２９年度中に新しい風洞実験装置を制作することを計画している。その制作に必要な材料費に関しては，富山第一銀行奨学財団の助成を得ることができている。
制作する風洞は，エッフェル型（開放型）の，全長10メートルのものとなる。構造は主に木材で組み立てられるものとなる。風洞の上流部分においては，直径710ミリメートルの大型送風機が備えられ， 200ボルトの三相交流によって駆動され，最大で毎分800立方メートル程度の風量を生み出すものとなる。送風機の風量は，三相交流インバータによって制御されるものとなる。風洞の中流部分においては，ハニカム構造が備えられ，気流が整えられるものとなる。風洞の下流部分においては，アクリル板によって囲われたチャンバーが備えられ，デジタル式のフォースゲージによって模型に作用する抗力の大きさが測定されるものとなる。チャンバーの容積は，長さ1500ミリメートル，高さ750ミリメートル，幅750ミリメートルとなる。チャンバーにおける風速は，最大で毎秒20メートル程度と見積もられる。
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| Causes of Carryover |
研究代表者は平成２８年４月より，弓削商船高等専門学校から富山高等専門学校へ異動した。現在，富山高等専門学校において新しい風洞実験装置の整備に取り組んでいる段階であり，３次元造型機による模型の出力やそれを用いた風洞実験の実施には至っていない。そのため，３次元造型機の消耗品費として計上していた予算は，未使用である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しい風洞実験装置は平成２９年度中に完成予定である。その完成後，そのチャンバーの形状に応じた船体模型を３次元造型機によって出力し，その空力特性を測定する計画である。３次元造型機による模型の制作に際して，必要な消耗品費を支出する予定である。
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