2018 Fiscal Year Research-status Report

気泡力学に基づく船尾変動圧力推定法の開発とプロペラの総合的最適化システムの構築

Research Project

Project/Area Number	18K04584
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	安東潤九州大学, 工学研究院, 教授 (60211710)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	舶用工学 / プロペラ / キャビテーション
Outline of Annual Research Achievements	プロペラの最適設計は、船尾伴流中でプロペラ翼面上に発生するキャビテーションによって誘起される船尾変動圧力に配慮して行われる。この際、プロペラ効率は原型並みで変動圧力を減らしたい、もしくは変動圧力は原型並で、できるだけプロペラ効率を向上させたいといった要求がある。プロペラ効率および変動圧力はトレードオフの関係にあるため、両者を目的関数とする多目的最適化問題とみなすことができる。本研究においては、プロペラ効率と変動圧力および目的関数とする多目的最適化問題を取り扱う。平成30年度は、変動圧力と間接的な相関のあるキャビテーションの発生範囲（キャビティ面積）およびプロペラ効率を目的関数とする多目的最適化問題を解く手法の妥当性を模型試験によって確認した。なお、プロペラ効率は九州大学独自のパネル法SQCMにより求め、キャビティ面積は、パネル法で求めた伴流中での翼表面圧力分布を用いて揚力等価法により求めた。設計変数は半径方向のピッチ分布と最大キャンバー分布とし、半径方向に3次式で表した。 749総トン型一般貨物内航船用に海上技術安全研究所において設計され、プロペラ単独試験およびキャビテーション試験の結果が公表されている模型プロペラMP700を原型プロペラとして選定し、改良を行った。多目的最適化問題のため多数のPareto解が得られ、それらの中から原型プロペラよりプロペラ効率が約2%向上し、キャビティ面積が原型の50%程度になる解を改良プロペラとして選定した。改良プロペラの模型試験の結果、設計点付近でプロペラ効率が約2%向上し、キャビテーションによる変動圧力が減少していることが確認された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason プロペラ効率と、間接的ではあるが変動圧力と相関のあるキャビティ面積を目的関数とする多目的最適化問題を解く手法の妥当性を模型試験により確認できたため、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	以前開発した2次元翼型用の気泡追跡法をプロペラに適用してキャビティ形状を求め、キャビティ形状から得られるキャビティ体積の時間に関する二階微分値より変動圧力を評価する手法を開発する。以前実施した研究により、気泡追跡法はキャビティ厚さを計測結果よりも厚めに推定する傾向があることが分かっているので、キャビティ厚さを何らかの係数を用いて修正することを検討する。キャビティ体積および変動圧力の計測がなされた青雲丸通常型およびハイスキュープロペラに対して上記手法を適用し、妥当性を検証する。さらに、変動圧力が計測されているMP700プロペラおよびその改良プロペラに適用し、プロペラの違いによる変動圧力の差の大小関係（定性的傾向）が捉えられるかどうかを確認する。平成30年度に開発した多目的最適化問題を解く手法の目的関数の一つであるキャビティ面積を上記の気泡追跡法による変動圧力に置き換え、再度最適化計算を行う。
Causes of Carryover	平成30年度は、当初、最適化問題を解いて得られた多数のPareto解の中から模型試験を実施するための改良プロペラを抽出する作業に労力がかかると考え、研究補助のための大学院生の謝金を多めに計上していたが、Pareto解を効率的に分析する方法を考案でき、予想以上に作業が短縮されたため謝金が抑えられた。また旅費については、本研究の主旨に合致した資料収集のための研究集会等が少なかったこと、および、初年度であり成果発表に至らなかったため、旅費として計上した額を下回った。平成31年度は、変動圧力評価のための計算法は、平成30年度に用いた方法よりも計算負荷がかかることが予想される。したがって、高性能のパーソナルコンピュータ購入のため、当初の計画より多めの物品費を支出する。